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。

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.

使用积分方法和差分方法结合的快速计算方法,在实际燃烧驱动氟化氢化学激光器增益介质沿径向分布不均匀的情况下,考虑在光束变换环形孔径激光谐振腔的紧束段引入光束旋转90°对其输出性能的影响.计算结果显示:在无腔失调的情况下,在紧束段引入光束旋转对束变换环孔激光谐振腔输出功率及光束质量的改善并不显著;在存在腔失调的情况下,紧束段光束旋转对于输出功率和光束质量的改善有显著效果.