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非链式脉冲DF激光器谐振腔研究

作　者: 谭改娟
导　师: 谢冀江
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: DF激光器谐振腔优化设计光束质量
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

3~5μm中红外波段因处于大气透明窗口而备受关注，而在产生该波段的激光源中，氟化氘（DF）激光器是目前可获得最高能量（或功率）输出的激光源，也是被认为最具有应用前景、可直接输出中波红外激光的相干光源。本文的研究对象是非链式脉冲DF激光器，现阶段国际上已获得单脉冲325J的输出能量，国内针对它的研究则刚刚起步。谐振腔作为激光器必需的三大条件之一，其腔型、结构参数的选择等均将对激光器的输出性能造成很大影响，因而本文将针对非链式脉冲DF激光器展开谐振腔的理论分析、设计及实验研究。在有关非链式脉冲DF激光器的研究中，侧重点一般放在激光输出能量上，而基于要将其应用于远距离作用场合中的考虑，所关心的不再仅仅是激光的输出能量，同时对输出光束的发散角也有极高的要求，本文的研究重点就在于兼顾能量和光束质量二者的情况下设计、选择出合理的谐振腔腔型及结构参数。本文首先进行的是谐振腔模式计算方法的选取，在对比分析各种模式计算方法后，采用了特征向量法从理论上进行了稳定腔和非稳腔两种腔型模式鉴别能力的对比，确定模式鉴别能力强、可获得高质量激光光束的非稳腔是较稳定腔更优的腔型选择。之后选择正支虚共焦非稳腔对非链式脉冲DF激光器进行谐振腔参数设计并展开实验研究。在对激光输出光束进行质量评价时，选取了可体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β作为光束质量评价参数，而以86.5%环围能量来定义光斑大小，并利用90-10刀口法进行了光斑尺寸的测量。通过具有三种放大率、三种模体积的九组腔镜组合的对比实验，总结得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。另外，通过与平凹型稳定腔实验结果的对比，证实了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。最终，综合考虑激光输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素，得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89，后反射镜口径D=40mm，此时激光远场发散角（全角）为0.74mrad，β=1.35。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11-12
  1.2 非链式脉冲 DF 激光器研究概况  12-15
  1.3 非链式脉冲 DF 激光器谐振腔研究概况  15-17
  1.4 论文的研究内容、研究意义及章节安排  17-19
第2章谐振腔理论基础  19-37
  2.1 谐振腔基本概念  19-21
  2.2 光学谐振腔衍射理论基础  21-23
  2.3 模式计算方法介绍及选取  23-26
  2.4 特征向量法  26-29
  2.5 模式计算代码验证  29-35
  2.6 本章小结  35-37
第3章谐振腔模式计算  37-45
  3.1 稳定腔模式计算  37-39
  3.2 非稳腔模式计算  39-43
  3.3 稳定腔和非稳腔模式计算对比分析  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章非链式脉冲 DF 激光器非稳腔设计及实验  45-63
  4.1 非稳腔特性、分类及输出耦合方式  45-46
  4.2 非稳腔设计  46-48
  4.3 非稳腔近远场分布  48-50
  4.4 光束质量评价参数  50-55
  4.5 非稳腔实验  55-61
  4.6 本章小结  61-63
第5章结论与展望  63-67
  5.1 结论  63-64
  5.2 研究展望  64-67
参考文献  67-72
在学期间学术成果情况  72-73
指导教师及作者简介  73-74
致谢  74

非链式脉冲DF激光器谐振腔研究

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