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大激励区激光器谐振腔模场控制与光束质量改善研究

魏青  
【摘要】:氧碘化学激光器(COIL)是近20年来发展起来的一种高效率,高功率,短波长化学激光器。但是,由于激光工作介质的超音速流动,使得沿气流方向的增益介质分布不均匀。如果采用常规的正支共焦非稳腔作为激光器的谐振腔的话,将很难获得近衍射极限的光束质量,其主要原因是该腔型对介质的均匀性及腔失调比较敏感。因此,如何通过改变谐振腔的结构,获得大功率高质量的氧碘激光光束,是这一研究领域中急待解决的重要课题。 论文中针对超音速流动工作介质氧碘化学激光器的上述特性,并结合不同功率水平的氧碘化学激光器的具体要求,提出了采用包括环状输出的UR90束转非稳腔、均匀相位耦合镜非稳腔、阶梯相位非稳腔在内的多种新型的谐振腔结构方案和一种新型的、能够实现多台激光器稳定相干并束的耦合方法。具体的研究内容及所得的主要结果如下: 1.首次提出了一种新型的,适用于万瓦级高功率氧碘化学激光器的场转动型环形非稳腔——环状输出的UR90束转非稳腔,并用矩阵方法导出了它的衍射积分方程及腔的等效菲涅耳数N_(eq)的表达式,并采用快速傅立叶变换方法模拟计算了镜面倾斜、象散以及非均匀的介质增益情况下,环状输出的UR90束转非稳腔和常规环形非稳腔的近场光强、相位分布以及远场强度分布。将两种不同腔型的计算结果进行比较后可以证明,环状耦合输出的90°束转非稳腔失调灵敏度和光学件加工误差的要求较低得多,并对非均匀的介质增益有很强的均匀化能力。 2.首次采用大口径铜蒸汽激光器实验研究了在小放大率情况下(M=1.21,1.3)环状输出UR90束转非稳腔的输出特性,并用CCD数据处理系统测量分析其输出激光的远场强度分布,实验研究的结果表明,环状输出UR90束转非稳腔即使在系统放大率较小的情况下,仍然具有很强的模控能力,为此腔型在实际的


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