正支共焦非稳腔的离焦像差特性强激光与粒子束.PDFVIP

　第 19 卷 　第 10 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 19 ,No . 10 　 　2007 年 10 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S Oct . ,2007 　 文章编号 : 　100 14322 (2007) 正支共焦非稳腔的离焦像差特性 1 ,2 1 ,2 1 1 杨 　伟 , 　杨 　平 , 　许 　冰 , 　姜文汉 ( 1. 中国科学院 光电技术研究所, 成都 6 10209 ; 　2 . 中国科学院 研究生院, 北京 100039) 　　摘 　要 : 　正支共焦非稳腔在出光过程中易受环境扰动而造成腔长失调 ,易受热积累影响而使腔镜变形 , 从而使输出光束产生离焦像差和部分其它像差 。为了实现对离焦像差的校正 ,针对不同的产生原因 ,提出了 2 种离焦像差特性分析方法 :一为腔镜相对位置失调引起的离焦像差特性理论分析方法 ,它是另一种分析方法的 基础 ;二为腔镜变形引起的等效腔长变化导致的离焦像差特性分析方法 ,它是实际激光器中的主要分析方法 。 得到了离焦像差与腔长的特性关系和离焦像差与腔镜变形量之间的特性关系 。研究表明:腔长改变和腔镜变 形对离焦像差的影响本质是一样的 ,都是改变了谐振腔的共焦点位置 ;腔长改变或腔镜矢高变化与离焦像差都 成近似的线性关系 。实验验证了离焦像差特性分析方法的有效性 ,最后指出离焦像差特性可作为激光器中离 焦像差动态补偿的有效依据 。 　　关键词 : 　化学激光器 ; 　正支共焦非稳腔 ; 　离焦像差特性 ; 　腔长失调 　　中图分类号 : 　TN24 1 　　　　文献标识码 : 　A 　　正支共焦非稳腔激光器易受环境振动影响而使腔镜倾斜失调 ,且易受热积累影响使腔镜变形 ,从而导致非 稳腔不共焦 ,使输出光束产生很多像差 ,其中倾斜和离焦像差是主要的 ,它对激光的输出功率和长距离传输等 影响很大 ,严重限制了激光器的进一步应用[ 1 ] 。为了解决这一问题 , 中国科学院光电技术研究所做了许多积极 [23 ] ( ) ( ) 的工作 ,取得了一定的成果 。研究表明: 1 激光器在出光过程中布 ,离焦像差是主要像差之一 ; 2 随着激 光器输出功率的增加 ,离焦像差也明显增加 ; (3) 输出光束即使经腔外光束净化系统校正后 ,离焦像差仍然是主 要的波前像差之一 。其原因是正支共焦非稳腔化学激光器工作在高频振动 、高速气流环境中 ,腔镜易扰动和受 热而变形 ,所以主要像差分布以低阶像差为主 ,并且这种腔型对倾斜 、离焦比较敏感 ;腔长变化是离焦的主要原 因 ,但简单的腔长变化不足以导致大的离焦像差 ;镜面变形才是离焦产生的根本原因 ,腔外补偿不能从根本上 提高光束质量和能量 。所以离焦像差在腔内补偿具有一定的优势 ,它能补偿的像差动态范围大 ,并且能改善输 出光束的模式分布 ,因此 ,寻求激光腔内离焦像差的动态补偿方法成为了一个非常重要的课题 。 1 　正支共焦非稳腔的物理机制 　　正支共焦非稳腔结构如图 1 所示 ,腔镜 M1 , M2 的焦距分别为 f 1 和 f 2 , 由几何光学原理知它在理想 Δ 情况下是一个无焦系统 ,腔长变化 L 后 ,谐振腔的焦 距变为 Δ ( ) f = f 1 f 2 / L 1