激光V型谐振腔的等价腔分析法

为了分析激光谐振腔的稳定性,选取广泛应用的V型腔作为研究对象,将V型折叠腔等效为含有透镜的三镜直型腔(共轴球面腔),然后采用*g-参数等价腔分析法,将三镜直型腔等价为不含透镜的共轴球面腔,进而考虑激光晶体的热透镜效应,采用多元件光学谐振腔等价腔分析法推导出热透镜效应下V型腔的g?-、g?-等价空腔.该方法形象地将V型腔与共轴球面腔联系了起来,有效地体现V型谐振腔中各参量之间变化关系,通过对热透镜效应下V型腔的g?-、g?等价空腔的计算,便可对V型腔的稳定性的影响因素进行求解分析,为激光谐振腔的分析和设计提供重要参考.

基于V型谐振腔的热稳定性分析

为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围;此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。

激光V型腔参量对输出性能的影响

在激光腔型设计时,为了使激光具有良好的输出性能,需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将折叠腔近似等价后,对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析,找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知,当折叠角θ=0.15π时,总腔长L的理想取值范围为(70,80)mm,最佳取值为75 mm,端面镜曲率半径R1、R2的允许变化范围为(60,75)mm,折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm,随着左(右)侧子腔g-参数积增大,右(左)侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。