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在激光器中光学谐振腔有着举足轻重的作用,它影响着光束的质量、模式等激光的重要参量;并在测量技术、光谱学、通讯和激光物理等领域得到广泛应用。因此,自从激光器诞生以来,人们对光学谐振腔的特性进行了大量的研究。
在大功率激光器尤其是CO2高功率激光器中,很多采用平凹腔,同时高斯反射镜由于其独特特点在光学谐振腔中得到很多应用。因此本文着重研究使用高斯反射镜的平凹腔的模式特性,以便给激光器的设计和使用提供参考。
本文共分四部分。第一部分介绍了激光器的发展和光学谐振腔的分类、研究光学谐振腔的意义、高功率激光器的发展和应用、高斯镜谐振腔的研究现状和本文的研究内容、方法及思路;第二部分介绍了本文研究高斯镜平凹腔的理论基础,也就是开腔的分析方法;第三部分则基于光学谐振腔的衍射积分方程用边界元法数值计算了平凹谐振腔具有高斯反射镜情况下的场强分布、相位分布及模式的本征值,进而得到了高斯反射镜平凹谐振腔的模鉴别规律和增大模半径的规律,以及对输出光束整形的规律。研究表明,高斯反射镜平凹腔可扩大不同阶模式的本征值差,具有模鉴别能力,中心反射率大小对选模能力也有影响,但对基模半径无影响。同时,高斯镜有对输出光束整形的作用;第四部分同样地从菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式出发,运用边界元法把积分方程转换成矩阵方程数值计算了高斯反射率平面输出镜在未倾斜和倾斜情况下平凹谐振腔基模的场强分布、相位分布和本征值,同时与使用均匀反射率平面输出镜的平凹腔在同样条件下的情况做了比较。研究表明,腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移,而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变,不再是对称的高斯分布,基模本征值随倾斜角增大而变小,光束远场分布变差。同等条件下,由高斯反射镜平凹腔腔镜倾斜引起的模式畸变小于均匀反射镜平凹腔,且基模光场及本征值随镜倾斜的变化关系稍不同于均匀反射镜平凹腔。