光束变换环形孔径激光谐振腔(BCAR)是适用于环形增益介质的高性能谐振腔,已成功应用到高能连续波HF化学激光器中。建立了光束变换环形孔径激光谐振腔镜面倾斜及非共轴的数学模型,在此基础上,使用积分和差分结合的计算方法,计算了失调腔的输出光场近场分布,分析了束变换环孔腔在镜面失调情况下的模式特征,以及对远场传输能力的影响。计算结果表明,非共轴偏移和紧束段倾斜将使输出光场的相位分布呈现剪切、扭曲现象,并且沿偏移方向出现相位跳变;随偏移量的增大,相位畸变严重,远场传输能力下降。不同的偏移方向对于输出光场影响差别很小。两者相比,非共轴偏移对输出光场质量的影响更为严重,而紧束段倾斜的影响相对而言非常小,表现在相位分布的扭曲现象不明显,谐振腔的能量抽取效率变化微弱。

建立了燃烧驱动环柱型高能化学激光器环形增益介质的五种分布模型,使用差分和积分相结合的方法计算了束变换环孔腔在不同增益分布和折射率分布时的模式特征,研究了增益分布和折射率分布对束变换环孔腔输出性能的影响,结果表明束变换环孔腔在不同的增益介质及折射率分布情况下,仍然可以保持良好的输出光束质量,很高的提取效率,在化学激光器增益流存在激波扰动的情况下,输出光场的施特雷尔比仍达到0.8991,同时腔镜上光强分布较为均匀,可以避免镜面因热应力分布不均匀而造成镜面变形和破坏。该腔不但适用于高能化学激光器,也可以用于高能固体激光器,起到克服固体增益介质热畸变与热应力的作用,可获得优良的输出光束质量。

通过使用新的坐标变量和光场的表达形式,推导了新坐标系下环束场传输的偏微分方程,给出了相应差分方程的截断误差和稳定性条件,使得环束场传输计算速度大幅提高;使用二阶精度的Crank-Nicolso差分方法对束变换环孔激光谐振腔的环束场传输进行了计算,并与W.D.Murphy和M.L.Bernabe所给M-B积分近似方法的计算结果进行了比较,证实了该方法无论计算速度和精度都优于M-B积分近似方法.