基于体布拉格光栅横模选择特性理论研究

发布时间：2017-09-23 12:23

  本文关键词：基于体布拉格光栅横模选择特性理论研究

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【摘要】：激光的光束质量会对激光的应用产生直接的影响。由于基模光束的衍射损耗小,能量集中,光束发散角小,在许多应用领域都要求激光器为基模输出。但是激光器的实际工作状态一般处在多模运转状态,含有高阶横模的激光束光强分布不均匀、光束发散角大及相干性差。为了提高和改善激光器的输出光束质量,通常需要对谐振腔进行横模选择。传统的横模选择方法主要依赖改变腔型和使用小孔光阑等,但仍存在腔内损耗较大,模体积小,输出功率小等诸多问题。基于光热敏折变玻璃的体布拉格光栅以其优秀的角度选择性、光谱选择性、以及较高的损伤阈值等优点,广泛地应用于高功率激光系统中。本论文提出采用体布拉格光栅作为谐振腔的横模选择元件,并进行了横模选择的理论研究。首先,利用耦合波理论分析了不同光栅结构参数对体布拉格光栅衍射特性的影响及用于横模选择时的光栅参数设计,并分析了体布拉格光栅的角度选择性对不同高阶横模的衍射损耗和强度分布的影响。其次,结合快速傅里叶变换法和耦合波理论建立了对体布拉格光栅谐振腔模式的求解算法,可计算出不同横模的强度分布和衍射损耗。最后,分别以透射型体布拉格光栅和反射型体布拉格光栅作为平行平面腔的腔内元件,建立了无源体布拉格光栅谐振腔模型。对体布拉格光栅谐振腔的模式进行求解,分析了其横模的模式特性,并对比分析了透射型和反射型体布拉格光栅角度选择性对横模近场及远场分布的影响。结果表明:在体布拉格光栅的角度选择性的作用下,平行平面腔不同横模的强度分布分别得到了优化,不同横模之间的衍射损耗差异增大。匹配谐振腔的腔型、增益以及调节体布拉格光栅的角度选择能力,可有效扩大不同横模间的损耗差异,提高谐振腔的选模性能,从而实现基模输出。
【关键词】：体布拉格光栅 横模选择 耦合波理论 快速傅里叶变换
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN25
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究意义与背景9-10
• 1.2 横模选择原理及主要方法10-13
• 1.2.1 横模选择原理10-11
• 1.2.2 横模选择的主要方法11-13
• 1.3 体布拉格光栅在横模选择中的应用13-16
• 1.4 研究内容16-18
• 第2章 体布拉格光栅谐振腔的基本理论18-25
• 2.1 光学谐振腔的基本概念18-19
• 2.2 光学谐振腔的模式理论基础19-23
• 2.2.1 模式概念19-20
• 2.2.2 菲涅尔一基尔霍夫衍射积分20-21
• 2.2.3 谐振腔横模的求解算法简介21-23
• 2.3 体布拉格光栅谐振腔模式的求解方法23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 用于横模选择的体布拉格光栅参数设计25-41
• 3.1 耦合波理论25-32
• 3.1.1 耦合波理论的假设条件及光波的表达式25-28
• 3.1.2 布拉格条件及光栅内耦合波方程28-31
• 3.1.3 耦合波方程的求解31-32
• 3.2 透射型体布拉格光栅32-35
• 3.3 反射型体布拉格光栅35-38
• 3.4 不同横模的衍射损耗分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 体布拉格光栅谐振腔模式的数值模拟41-55
• 4.1 体布拉格光栅谐振腔模型41-42
• 4.2 模式求解算法42-45
• 4.3 模拟结果与分析45-54
• 4.3.1 平行平面腔45-47
• 4.3.2 透射型体布拉格光栅作为腔内元件47-52
• 4.3.3 反射型体布拉格光栅作为腔内元件52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 总结和展望55-57
• 5.1 全文工作总结55-56
• 5.2 今后工作展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士期间公开发表的论文61-62
• 致谢62-63

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本文编号：905242