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正支共焦非稳激光谐振腔的调整与光束净化技术研究
张翔
Subtype博士
Thesis Advisor许冰
2006-06-16
Degree Grantor中国科学院光电技术研究所
Place of Conferral光电技术研究所
Degree Discipline光学工程
Keyword激光技术 正支共焦非稳腔 腔内像差扰动 模式特性分布 光腔调整技术 哈特曼-夏克波前传感器 腔内像差校正
Abstract激光谐振腔腔内光束净化技术在提高光束质量方面具有重要的作用,本文以正支共焦非稳腔(Positive-Branch Confocal Unstable Resonators)为研究对象,主要针对腔内像差扰动对谐振腔模式特性影响,进行了数值模拟分析和实验研究;并对谐振腔调腔技术中的关键问题进行了深入地研究,解决了其中的一些关键技术和问题。在此基础上,对腔内像差的校正问题作了探索性的研究工作,并成功完成了腔内低阶像差闭环校正的原理性实验。 在对正支共焦腔的数值模拟方面,理论分析了各种腔内像差扰动如腔内倾斜、腔长变化、腔镜热变形、增益介质畸变等因素对谐振腔输出光束模式特性的影响并给出相关研究结论,这对于用自适应光学技术实现腔内像差校正或光束净化具有一定指导意义。在腔内倾斜像差扰动对本征模式的影响研究中,提出了腔内相位扰动权重因子概念。首次指出了在正支共焦腔腔内不同位置引入等量扰动时,对谐振腔本征模式和各阶像差的影响是不相同的。进一步分析了在谐振腔内不同位置引入倾斜扰动时对光腔本征模式、Zernike像差系数和远场模式的影响,并且阐明了腔模低阶像差的增大对于某些高阶像差的影响,指出进行腔内像差补偿或校正应当注意的问题。 对增益介质畸变的一种情形即增益介质热透镜效应对谐振腔造成的影响作了理论分析,指出对于正支共焦腔由于热效应会导致等效腔型结构发生变化,严重时会影响模式结构。在本文中也讨论了腔镜热变形对谐振腔激光振荡模式的影响。存在镜面变形时,光场强度和相位分布都会发生畸变,畸变量值与镜面变形量有关,变形量越大,与本征模式的偏离程度越明显。分析表明这些扰动因素可能对腔模分布带来较大影响,因此在应用中应尽可能予以避免或设法补偿。 在对正支共焦腔光腔调整技术研究中,首次总结了针对折叠型腔的调整共轴的方法,并提出了光腔调整共轴的判断依据。即由输出光束近场强度及相位的综合分布情况来作为谐振腔是否调好的标准,因为谐振腔内小的倾斜像差扰动对于强度分布影响显著,但对相位分布特别是高阶Zernike像差影响则并不明显。在进行非稳腔调整时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,然后在腔外用H-S波前传感器分析光束波面像差。 针对实际工程应用中的一套正支共焦折叠腔,理论分析了折叠腔的失调灵敏度问题,指出双折腔中折转反射镜对腔的稳定性影响最大。因此在系统结构设计中应充分考虑折转镜组的稳定性问题。针对正支共焦腔腔内扰动对光束模式的影响进行了实验研究,分析了无源非稳腔腔镜的各种扰动形式譬如腔镜倾斜、腔长变化、腔镜垂轴移动和折转反射镜组失调对于输出光束模式分布的影响,首次对不同腔镜失调量与耦合输出调腔光像差关系进行了理论和实验定量分析并得出相关结论,指出系统对于一些主要像差如倾斜和离焦的像差容限度问题。指出进行腔内像差校正应注意的问题同时验证了理论分析得到的一些结论。 本文另一方面针对腔内光束净化特别是腔内低阶像差校正问题作了探索性实验研究,提出了针对正支共焦腔的腔内低阶像差的控制途径,首次对分别控制正支共焦腔腔内不同腔镜的可行性进行了分析并且进行了非稳腔腔内低阶像差校正的原理实验研究,成功建立针对谐振腔内腔镜控制的校正系统,完成了非稳腔腔内倾斜像差校正闭环原理性实验并给出初步实验结果,解决了其中的关键技术,为进一步应用于实际工程系统提供了参考。
Pages176
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/171
Collection光电技术研究所博硕士论文
Recommended Citation
GB/T 7714
张翔. 正支共焦非稳激光谐振腔的调整与光束净化技术研究[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所,2006.
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