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热变形谐振腔的激光模式理论分析.pdf
第 12 卷 增刊 强 激 光 与 粒 子 束 . 12, . 0 V o l N o s 2000 年 11 月 H IGH POW ER LA SER AND PA R T ICL E BEAM S N ov. , 2000 ( ) 文章编号: 1001- 4322 2000 s0- 0069- 04 热变形谐振腔的激光模式理论分析 彭玉峰, 程祖海, 张耀宁, 岳凯文, 丘军林 (华中理工大学激光技术国家重点实验室, 武汉 430074) 摘 要: 应用微扰理论, 对微热变形腔的激光模式进行了理论计算与分析; 给出了激光 模式之间的耦合以及等效光束发散角与镜面变形量之间的关系。结果表明: 镜面中心处热变形 量越大, 模式之间的耦合越强, 激光腔模式发生畸变就越严重; 当镜面中心处热变形量为 0. 5 时, 基模 T EM 0 的中心光强将下降 50% , 其等效光束发散角将增大到镜面无变形时的 2 倍。 关键词: 激光谐振腔; 模式畸变; 等效光束发散角 中图分类号: TN 248 文献标识码:A 激光谐振腔的模式畸变是影响高功率激光器性能指标的重要因素之一。当模式发生畸变时, 将引起 模式耦合从而激发起多模振荡, 使激光束的发散角大大增加, 光束质量变坏。在高功率激光器中, 激光器 谐振腔的反射镜受高功率激光直接辐照, 由于大量光子进入镜体内被吸收, 产生热变形, 使谐振腔工作 参数偏离设计值, 模式发生畸变, 从而制约了高功率激光器性能的提高。 [ 1 ] 1980 年, R. H auck 等 利用一阶微扰理论对球面腔反射镜倾斜引起的光场分布进行了分析计算; J. L. R em o [ 3 ] 利用二阶微扰方法研究了平面反射镜对称倾斜情况下的衍射损耗。 1999 年, H. L aab s and A . T. F riberg [ 2 ] 根据微扰理论计算了稳定腔的非轴向本征模式。这种方法的一个主要优点在于, 能够给 出解析表示式, 同时还可得到模式之间的耦合情况。 考虑到反射镜面的微热变形, 我们应用微扰理论, 对反射镜微热变形的共焦腔激光模式进行了理论 分析与讨论, 并给出了等效光束发散角的概念。 1 理论基础 1. 1 镜面的热变形 对于一个方形镜, 初始温度为 , 时间 0 时, 镜体内产生热量, 强度为 ( , , ) , 边界对流换热 T 0 t g x y z 系数为 。那么, 时间 0 时镜体内温度分布可用数学表示式描述为 h t 2 2 2 T T T 1 1 T x 2 + y 2 + z 2 + k g (x , y , z ) = k d t 区域内, t 0 ( 1)
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