离轴抽运厄米-高斯模固体激光器
发布时间：2021-06-10 13:38
给出了离轴抽运固体激光器多模速率方程组在阈值附近的小信号求解方法,用这种方法研究了模式随离轴量的变化以及厄米-高斯模的竞争行为.抽运光斑较小时,离轴量增加高阶模式依次出现;抽运光斑较大时,模式变化呈现复杂性.用小信号近似得到的模式光子数比例与较高抽运功率下数值求解速率方程组的结果接近,表明可以用该方法估算实际较高功率激光器的模式分布,这可以方便这类激光器的研究.对离轴抽运下的多厄米-高斯模激光器,阈值附近的模竞争体现为,随着抽运功率的增加,第一个净增益由负变正的模式,光子数随即开始增加,增加趋势接近线性.而第二个净增益由负变正的模式,光子数并不立即开始增加,而要等到抽运功率进一步增加后才开始增加,其开始增加后第一个模式的增长趋势变缓.从动态过程看,各个模式经过交叉尖峰和交叉弛豫振荡竞争后,逐渐达到稳态.实验获得了HG00-HG50模光束,实验所得到的模式分布与理论计算结果符合很好.
【文章来源】：物理学报. 2020,69(11)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
端面离轴抽运固体激光器图示
此时抽运光与振荡光的有效交叠变小,若抽运功率继续保持为0.25 W,计算发现离轴后各模式都不能达到阈值,因此将抽运功率设定为0.5 W进行计算.图5是这种情况下,不同离轴量时的光斑.可以看出,在离轴量为0时,仍然只有HG00模输出;当离轴量为0.05 mm时,为HG00模和HG10模的叠加输出;而当离轴量为0.1 mm时,变为HG00,HG10和HG20三个模式的叠加输出;当离轴量增加到0.15 mm时,HG00模不再出现,变为HG10,HG20和HG30三个模式的叠加;当离轴量增加到0.175 mm时,HG20模消失,模式数目变少,成为HG10和HG30两个模式的叠加;当离轴量继续增加到0.2 mm时,模式数目增加到四个,成为HG10,HG20,HG30,HG40模的叠加;而当离轴量进一步增加到0.25 mm时,叠加的四个模式变为HG20,HG30,HG40和HG50模.可见,当抽运光半径与HG00模的半径相等时,随着离轴量的增加,总有多个模式参与振荡,整体上呈现低阶模被抑制、高阶模参与振荡的趋势,但具体的演变过程又存在复杂性,并不是低级模消失、高阶模出现这样的简单变化.图5 抽运功率0.5 W、抽运光半径0.15 mm时,8个离轴量下的光斑
图4 净增益随抽运功率的变化(a)0.08 mm;(b)0.155 mm图6是多个模式参与振荡时,阈值附近各模式的光子数及光子数所占比例随抽运功率的变化,为便于分析,图7给出了模式的净增益随抽运功率的变化.图6(a)和图6(b)是离轴量为0.1 mm下,HG00,HG10和HG20模的光子数及其所占比例随抽运功率的变化,结合图7(a)所示这种情况下净增益的变化可以看出,HG00模的净增益最大,随着抽运功率的增加,其最先由负变正,HG00模的光子数最先开始增加,在其他模式光子数增加前,其接近线性趋势增大.当抽运功率增大到0.24 W时,HG10模的净增益由负变正,但此时HG10模的光子数并未开始增加.当抽运功率增大到0.25 W时,HG20模的净增益由负变正,但HG20模的光子数也并不开始增加.直至抽运功率增加到0.28 W时,HG10模的光子数才开始增加,到0.32 W时,HG20模的光子数才开始增加.随着后面两个模式的增加,HG00模的曲线出现拐点,增长趋势变缓;当HG20模的光子数开始增加后,HG10模的增长趋势也变缓.从三个模式光子数所占比例看,随抽运功率的增加,各自所占比例逐渐趋于稳定.
【参考文献】：
期刊论文
[1]谐振腔内的高质量圆对称艾里光束的产生方法[J]. 朱一帆,耿滔. 物理学报. 2020(01)
[2]矢量涡旋光束的模式连续可调生成技术[J]. 付时尧,高春清. 光学学报. 2019(01)
[3]利用衍射光栅探测涡旋光束轨道角动量态的研究进展[J]. 付时尧,高春清. 物理学报. 2018(03)
[4]利用非传统螺旋相位调控高阶涡旋光束的拓扑结构[J]. 王亚东,甘雪涛,俱沛,庞燕,袁林光,赵建林. 物理学报. 2015(03)
本文编号：3222477
【文章来源】：物理学报. 2020,69(11)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
端面离轴抽运固体激光器图示
此时抽运光与振荡光的有效交叠变小,若抽运功率继续保持为0.25 W,计算发现离轴后各模式都不能达到阈值,因此将抽运功率设定为0.5 W进行计算.图5是这种情况下,不同离轴量时的光斑.可以看出,在离轴量为0时,仍然只有HG00模输出;当离轴量为0.05 mm时,为HG00模和HG10模的叠加输出;而当离轴量为0.1 mm时,变为HG00,HG10和HG20三个模式的叠加输出;当离轴量增加到0.15 mm时,HG00模不再出现,变为HG10,HG20和HG30三个模式的叠加;当离轴量增加到0.175 mm时,HG20模消失,模式数目变少,成为HG10和HG30两个模式的叠加;当离轴量继续增加到0.2 mm时,模式数目增加到四个,成为HG10,HG20,HG30,HG40模的叠加;而当离轴量进一步增加到0.25 mm时,叠加的四个模式变为HG20,HG30,HG40和HG50模.可见,当抽运光半径与HG00模的半径相等时,随着离轴量的增加,总有多个模式参与振荡,整体上呈现低阶模被抑制、高阶模参与振荡的趋势,但具体的演变过程又存在复杂性,并不是低级模消失、高阶模出现这样的简单变化.图5 抽运功率0.5 W、抽运光半径0.15 mm时,8个离轴量下的光斑
图4 净增益随抽运功率的变化(a)0.08 mm;(b)0.155 mm图6是多个模式参与振荡时,阈值附近各模式的光子数及光子数所占比例随抽运功率的变化,为便于分析,图7给出了模式的净增益随抽运功率的变化.图6(a)和图6(b)是离轴量为0.1 mm下,HG00,HG10和HG20模的光子数及其所占比例随抽运功率的变化,结合图7(a)所示这种情况下净增益的变化可以看出,HG00模的净增益最大,随着抽运功率的增加,其最先由负变正,HG00模的光子数最先开始增加,在其他模式光子数增加前,其接近线性趋势增大.当抽运功率增大到0.24 W时,HG10模的净增益由负变正,但此时HG10模的光子数并未开始增加.当抽运功率增大到0.25 W时,HG20模的净增益由负变正,但HG20模的光子数也并不开始增加.直至抽运功率增加到0.28 W时,HG10模的光子数才开始增加,到0.32 W时,HG20模的光子数才开始增加.随着后面两个模式的增加,HG00模的曲线出现拐点,增长趋势变缓;当HG20模的光子数开始增加后,HG10模的增长趋势也变缓.从三个模式光子数所占比例看,随抽运功率的增加,各自所占比例逐渐趋于稳定.
【参考文献】：
期刊论文
[1]谐振腔内的高质量圆对称艾里光束的产生方法[J]. 朱一帆,耿滔. 物理学报. 2020(01)
[2]矢量涡旋光束的模式连续可调生成技术[J]. 付时尧,高春清. 光学学报. 2019(01)
[3]利用衍射光栅探测涡旋光束轨道角动量态的研究进展[J]. 付时尧,高春清. 物理学报. 2018(03)
[4]利用非传统螺旋相位调控高阶涡旋光束的拓扑结构[J]. 王亚东,甘雪涛,俱沛,庞燕,袁林光,赵建林. 物理学报. 2015(03)
本文编号：3222477
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3222477.html
