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多激光束自组织相干合成的理论研究

颜凡江  
【摘要】: 相干合成技术是获得高功率、高光束质量激光的重要方法。大规模激光相干合成技术已经成为国内外研究的热点。这种方法避免了单个激光介质承受高功率泵浦的热效应问题,因而在获得高功率激光输出的同时,又保证了优良的光束质量。近年来,人们在这一领域进行了大量的研究,探索出许多相干合成的方案,但要实现大规模激光相干组束无论从理论上还是实验的研究上,都还有大量工作要做。本文从相干合成的基本理论出发,进行了激光相干组束结构设计的基础研究,得出了一系列结果,为进一步的理论和实验工作打下了重要的基础。 本论文研究的内容及创新点主要包括以下几个方面: 1.首先对激光束相干合成的历史和发展现状进行综述,介绍了国内外这一领域研究的最新进展。然后介绍和讨论了相干合成技术的主要分类和它们各自实现相干输出的原理和主要特点,并指出通过被动锁相实现相干合成具有结构简单,方便级联等特点使它在激光相干合成中具有绝对的优势,这也是本文的立意所在。 2.从菲涅尔-基尔霍夫衍射公式及光波场叠加理论出发,通过对现有光纤激光器与固体激光器的两种主要组束结构,即自成像共焦腔及迈克尔逊激光腔的理论分析,指出两种结构组束的原理、稳定输出的必要条件、应用范围及所存在的问题。 3.针对原有两种组束结构所存在的问题,提出两种新型的组束结构。改进的自成像腔可以提高原组束结构输出激光的光束质量,而新型的迈克尔逊激光腔则避免了多腔选频问题,使大规模固体激光相干组束成为可能。 4.针对改进的自成像腔,采用傅里叶光学的方法对光场进行数值模拟,得出空间滤波器的设计方法;用矩阵传输理论得出了输出镜的设计要求;用能量相互注入两激光器增益、振幅的缓变方程得出了耦合镜及腔长的设计要求。 5.针对新型的迈克尔逊激光腔,采用矩阵传输理论对其光学稳定性,基模热稳定性及失调稳定性进行了分析,得出满足各种稳定性的腔参数设计要求。


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