利用法布里-珀罗腔开展激光模式的实验教学研究

将激光束耦合进入法布里-珀罗(FP)腔,这一物理过程相当于对传输光场施加周期性边界条件,导致FP腔的输出光束为一系列具有离散分布特点的激光模式。一般来说,激光模式可以分为横模与纵模(也称作轴向模)。为使本科生更加直观地理解光束在FP谐振腔内传输这一边值条件问题,本文详尽地描述了基于FP腔开展激光模式教学的实验课程。该课程由三个小实验组成,分别是:(1)测量基模光斑的束腰半径来研究激光的横模;(2)测量FP腔的自由光谱区表征激光的纵模;(3)通过探测FP腔的透射信号与反射Pound-Drever-Hall(PDH)信号,并基于两种独立的方法测量FP腔的腔线宽和腔精细度进一步表征纵模。作为一门针对高年级本科生的创新物理实验课程,通过本实验的训练有助于理解光学、激光原理、光电子学等相关物理课程内容,也有助于启发学生掌握基于FP腔实现激光稳频的相关技术。

激光辐照下非稳腔镜变形对激光模式的影响

分析了正支虚共焦非稳腔中腔镜变形对激光模式的影响,采用时间离散化、快速傅里叶变换(FFT)和有限元分析(FEA)方法解决腔镜变形和激光模式两者之间的耦合问题。计算结果表明,随着激光器工作时间的增加,腔镜温升和变形相应增大,谐振腔模式变差,输出光场相位均匀性变差,呈现散焦现象,输出光束质量下降。实验验证了激光器输出光束质量随出光时间的延长而逐渐变坏。

激光模式对激光熔覆层质量的影响

分别采用多模和低阶模的CO2激光束研究了激光模式对于Fe基合金激光熔覆层质量的影响。结果表明,相对于低阶模激光熔覆而言,多模激光熔覆层各个区域的外形较为平整,尤其是熔合区更为明显,激光模式不同对熔覆层的微观组织和硬度也有一定影响。

微变形镜内腔补偿激光模式畸变研究

采用Fox-Li迭代方法,对畸变相差以Zernike多项式展开,计算了不同菲涅耳数的谐振腔在畸变发生时的低阶输出模式,分析了激光器谐振腔内畸变对激光输出模式的影响。对微变形镜的面形以Zernike多项式进行拟合,计算了中心电极的影响函数,并建立了微变形镜控制模型。实验上将微变形镜作为激光器的一个腔镜,验证了微变形镜对激光输出模式的补偿作用。结果表明,内腔微变形镜对激光输出模式具有校正作用,激光基本上可以达到基模输出。

非均匀增益对激光模式的影响

利用快速傅里叶变换 ( FFT)法对有正支共焦非稳腔、流动增益介质的化学氧碘激光器 ( COIL )与二氧化碳激光器的模场进行了数值模拟 ,在此基础上分析了介质的非均匀增益对激光模式的影响 ,为新的腔型设计和光束质量的改善提供了依据 .

介质不均匀性对激光模式相位与光强分布的影响

将不均匀介质势函数进行泰勒展开,取其前3项近似,与描述光腔模式的亥姆霍兹方程中的特殊函数结合,根据光腔边界条件推导出光腔模式的本征解、激光输出功率以及不均匀介质与激光模式的相位与强度分布关系表达式。将表达式应用于氧碘化学激光器的功率与输出耦合率的非线性拟合以及近场光强分布的分析,预测趋势与文献结果相符。

谐振腔镜对激光模式匹配效果的影响

利用匹配透镜将激光光束与谐振腔进行模式匹配时，均不考虑谐振腔镜对匹配效果的影响。本文从理论上分析了进行激光模式匹配时谐振腔镜对匹配效果的影响，计算了影响的程度，并给出了消除影响的修正公式。

激光模式对典型金属材料烧蚀影响的数值模拟研究

利用自编的LAMP程序计算了铝、镁和钛等3种金属材料的激光烧蚀温度场,重点分析了激光作用模式对烧蚀效果的影响,并考虑了材料表面反射系数随温度变化的情况。计算结果表明,对于同样的金属靶,当光斑和激光平均功率相同时,重频频率小、占空比小的激光烧蚀贯穿靶所需的时间最少。

电压和激光模式对三维原子探针测试结果的影响

将Fe-CuMnNiAl钢淬火后在450℃回火4h,分别在电压和激光模式下,用三维原子探针(3DAP)对其进行测试,对比研究了两种模式对测试结果的影响。结果表明:与电压模式相比,激光模式下的数据背底较小,质量分辨率较好,成分分析结果较准确,蒸发离子价态二价减少,一价增多,甚至出现两个原子同时蒸发的离子团;另外,激光模式下测得的析出相尺寸稍大,数量密度稍低,析出相核心铜元素含量较低。

基于迈克耳孙干涉的氦氖激光模式研究

本文利用迈克耳孙干涉实验研究了氦氖激光的模式特性.结合法布里-珀罗扫描干涉仪与自搭迈氏干涉实验进行研究,分析了氦氖激光的偏振模式与频率漂移特性,并从理论上解释了实验中观察到的干涉圆环图像自行发生的明暗变化与圆环吞吐的现象.从而对氦氖激光的多纵模特点有了更深的了解.

基于法布里-珀罗腔的激光模式分析

法布里-珀罗腔(F-P)通常是由2面平行放置的反射镜组成的多光束干涉仪,将入射光束耦合进入F-P腔,光场会在反射镜间多次来回反射,经过干涉相长过程光场被增强,形成稳定腔内光场.为帮助学生更好地理解多光束干涉与谐振腔内模式产生的工作原理,基于F-P腔设计了可分辨激光模式的实验装置,探究不同激光模式的输出特性.通过实验观察拉盖尔-高斯光束,测量了F-P腔的自由光谱区、相邻横模频率间隔等参量,并分析了主要的实验误差来源.

金属薄膜边缘诱导改变谐振激光模式实验

为研究在不同方向移动的金属薄膜边缘的干扰情况下谐振激光模式的改变现象,调节定制的氦氖激光谐振腔产生高阶高斯光束,用金属薄膜边缘进行干扰,并用CCD相机对光束的演变过程进行详细记录。随着金属薄膜边缘沿X和Y正方向上位移的增加,出射的激光模式由高阶向低阶模式演化,然后变成基模,变弱直到消失。原始激光模式的阶数越高,它的演化模式光斑形状越丰富。当用金属薄膜上方边缘向Y轴正向缓慢移动进行干扰时,激光模式的演化规则是最后趋于沿X轴的分裂模式;当用金属薄膜的左侧边缘向X轴正向缓慢移动进行干扰时,激光模式的演化规则最后趋于沿Y轴的分裂模式。

基于Matlab激光谐振腔中激光模式形成机理研究

光束质量决定了激光的聚焦特性及传输特性,并与激光谐振腔内光场模式密切相关.光场模式的研究对激光器谐振腔、外光路的设计和光束整形具有重要意义.激光技术的不断发展,使得各种新型复杂谐振腔精彩纷呈,利用解析法求解谐振腔中光场模式通常难以实施,数值计算方法是解决复杂腔型光场模式的有效途径,其中数值分析软件Matlab以其完备的图形处理功能、研究结果可视化、运算功能强大等备受青睐.基于Matlab数值分析软件,通过系统求解平行平面腔、方形镜共焦腔、圆形镜共焦腔等谐振腔的数值解,模拟得到不同谐振腔内的光场模式与菲涅耳数之间的关系,获得了各种腔型的模式分布特点及选模方式,为通过模式选择改善光束质量提供了重要的依据.

CO_2激光焊机激光模式检测方法及应用

激光光束模式是评价激光光束质量的重要参数之一,直接影响激光焊机的焊接质量。根据MIEBACH大功率CO2激光焊机使用和维护经验,介绍大功率CO2激光焊机激光模式几种常用的检测方法和在维护中的应用。

激光模式的半色调检测方法

激光束的模式分布是激光器的重要参数之一，到目前为止，检测模式分布的方法已有五种：即扫描针孔法、扫描刀边法、扫描狭缝法、扫描Ronchi光栅法以及用于脉冲激光束的显影相纸吸收能量法。各种扫描方法只能测量一维分布，最后一种方法虽能得到二维分布，但太粗糙，只能用于定性观察。我们在这里介绍一种检测激光束模式分布的新方法——半色调处理方法。

多点扫描与单点模式全视网膜激光光凝术治疗重度非增生期糖尿病视网膜病变患者的效果对比

目的探讨多点扫描与单点扫描模式全视网膜激光光凝术(PRP)治疗重度非增生期糖尿病视网膜病变(NPDR)患者的临床效果。方法选取2023年1月至2023年6月江西医专第一附属医院收治的50例(97眼)重度NPDR患者作为研究对象,按照随机数字表法分为实验组(n=25,48眼)与对照组(n=25,49眼)。实验组给予多点扫描模式PRP,对照组给予单点扫描模式PRP。比较两组临床疗效,治疗前后视野平均阈值(MS)、黄斑中心凹厚度(CMT)、闪光视网膜电流图(F-ERG)a波与b波、平均视网膜神经纤维层厚度(RNFL)、激光能量、光斑数量、能量密度及术后并发症发生情况。结果两组临床疗效及治疗总有效率比较差异无统计学意义。治疗后1 d、1个月时,两组MS均小于治疗前,CMT均大于治疗前,差异有统计学意义(P<0.05);治疗前及治疗后1 d、治疗后1个月,两组MS、CMT比较差异均无统计学意义。治疗后1 d,两组F-ERG a波、b波均小于治疗前,但实验组大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗后1个月,两组F-ERG b波小于治疗前,差异有统计学意义(P<0.05);治疗前、治疗后1个月,两组F-ERG a波、b波比较差异无统计学意义。治疗后1个月,两组平均RNFL均小于治疗前,差异有统计学意义(P<0.05);治疗前、治疗后1个月,两组平均RNFL比较差异无统计学意义。实验组激光能量高于对照组,能量密度低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组光斑数量比较差异无统计学意义。两组视网膜前出血、玻璃体积血、玻璃体视网膜增生发生率比较差异无统计学意义。结论不同模式PRP治疗NPDR患者均可取得良好的临床效果,但多点扫描激光对周边视野、视网膜光感受器及内核细胞层损伤更小,在促进治疗后视力恢复方面相较单点模式更具优势。

脉冲和连续模式下玻璃纤维复合材料激光脱漆技术研究(特邀)

采用波长为1 064 nm的纳秒激光器脉冲模式和连续模式分别对玻璃纤维增强树脂基复合材料表面涂覆的浅灰色防雨蚀涂层和抗静电涂层进行激光清洗实验,研究不同模式下激光参数对清洗效果的影响规律。通过SEM观察清洗后材料表面及清洗产物的微观形貌,运用EDS、FTIR分别检测清洗前后材料表面元素含量与化学官能团,采用COMSOL Multiphysics对清洗过程中的温度场进行分析。结果表明:去除单层抗静电涂层时,脉冲激光能完全去除该涂层且防雨蚀涂层损伤较小;去除双层涂层时,脉冲激光作用下试板表面有残余涂层,且易损伤下层清漆、树脂和纤维,而连续激光则可完全去除表面双层涂层,获得清洁的清漆表面。脉冲模式的去除机制主要为热弹性振动效应,连续模式下涂层的去除机制主要为热烧蚀效应。研究结果可为航空复合材料表面激光脱漆技术的激光模式选择提供参考。

超脉冲CO_(2)点阵激光多模式联合治疗面部痤疮凹陷性瘢痕的效果

目的:分析超脉冲CO_(2)点阵激光多模式联合治疗面部痤疮凹陷性瘢痕的效果。方法:选取2021年12月—2023年1月单县中心医院收治的面部痤疮凹陷性瘢痕患者100例为研究对象,采用随机数字表法分为对照组和研究组,各50例。对照组采取单纯点阵模式治疗,研究组采取超脉冲CO_(2)点阵激光多模式联合治疗。比较两组愈合时间、疼痛情况、舒适程度、瘢痕情况、不良反应。结果:研究组结痂时间、痂皮脱落时间短于对照组,差异有统计学意义(P=0.001);治疗后,研究组疼痛数字评分低于对照组,Kolcaba舒适状况量表评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗后,研究组瘢痕评分低于对照组,差异有统计学意义(P=0.001);两组不良反应发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:超脉冲CO_(2)点阵激光多模式联合治疗面部痤疮凹陷性瘢痕,可明显改善瘢痕,缩短痂皮脱落时间,提高患者舒适度,安全性好。

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

用Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响，给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模，即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔，为获得严格的基模激光振荡，应将这种镜面变形控制在１／２０波长范围内；若镜面变形超过１／１０波长，则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时，高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化，从而影响激光光束质量。

激光模式的远场特性和空间相干度的影响

激光的远场分布一般是有规律的 ,但实际上 ,由于谐振腔的失调 ,有时出来的模式并不规则 ,而且由于模式的叠加 ,多数激光器出来的光是部分相干光。讨论了一些模式的远场分布和空间相干度对远场衍射分布的影响。