环形介质中激光的模式特性及传输特性研究
发布时间：2022-07-04 21:57
激光晶体作为固体激光器中重要的核心部分,在很大程度上影响着激光器的输出特性,且由于激光晶体介质的热效应限制,高光束质量和高输出功率很难同时满足,严重制约高功率高光束质量固体激光器的发展。环形介质独特的构型能对激光器运行中产生的热效应问题进行有效的改善,可同时实现高功率、高光束质量激光输出,输出光束具有更好的传输特性。因此本论文围绕环形介质开展了激光的模式特性及其传输特性研究,主要研究内容和结果如下:1.基于亥姆霍兹方程推导了管状环形介质中光场的近似解析解,给出了光场传输的计算方法;利用Fox-Li迭代算法对与环形介质相匹配的环孔型光学谐振腔的激光振荡模式进行数值求解,数值计算了自再现模的形成过程中衍射损耗和环孔型光学谐振腔的横模模式鉴别能力,数值结果表明:环孔型光学谐振腔在一定的角向横模模式宽度内模式鉴别能力差,且采用高斯型入射光场可降低迭代次数,但自再现模稳定时的衍射损耗值与入射光场为单位平面波和[0,1]随机分布时保持一致,均为0.0932。2.基于弱波导近似推导了空心光纤中电场模式的本征方程,通过空心光纤的空心半径、纤芯半径和纤芯-外包层折射率差等关键参数设计了空心光纤单模或少模...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 环形介质激光器国内外研究进展
1.2.1 管状激光器
1.2.2 空心光纤与环状光纤
1.3 论文的主要研究内容
第二章 环孔型谐振腔的激光振荡模式分析
2.1 环形介质的光场近似解析解
2.2 光场传输的计算方法
2.3 Fox-Li算法
2.4 数值计算结果与分析
2.5 本章小结
第三章 空心光纤模式条件及其传输特性分析
3.1 空心光纤结构
3.2 空心光纤的特征方程分析
3.2.1 麦克斯韦方程
3.2.2 Helmholtz方程
3.2.3 空心光纤的特征方程
3.3 空心光纤少模结构设计
3.3.1 不同纤芯半径下的少模设计
3.3.2 不同折射率差下的少模设计
3.4 空心光纤的V-b曲线
3.5 空心光纤结构参数仿真分析
3.5.1 纤芯半径与模式有效折射率的关系
3.5.2 空心半径对光纤模式特性的影响
3.5.3 折射率差对光纤模式有效折射率的影响
3.6 空心光纤模式输出的衍射场分布
3.6.1 光纤模式在自由空间的传输
3.6.2 光纤混合模式传输特性
3.6.3 光纤模式的聚焦与重建特性
3.7 本章小结
第四章 环状光纤模式条件分析
4.1 环状光纤结构
4.2 环状光纤的模式分布特性
4.2.1 内包层半径对环状光纤模式分布特性的影响
4.2.2 环厚度对环状光纤模式分布特性的影响
4.2.3 包层折射率变化对环状光纤模式分布特性的影响
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本论文工作总结
5.2 未来工作展望
参考文献
攻读学位期间公开发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体侧面抽运板条激光器光束质量优化[J]. 熊新健,陈培锋,王英,杨亚楠,李响. 激光技术. 2019(05)
[2]5kW Nd:YAG端面抽运板条激光器及其光束质量提升[J]. 王君涛,童立新,徐浏,吴振海,李密,陈小明,陈月健,汪丹,周唐建,胡浩,高清松. 中国激光. 2018(01)
[3]Polarization-maintaining few mode fiber composed of a central circular-hole and an elliptical-ring core[J]. JIAJIA ZHAO,MING TANG,KYUNGHWAN OH,ZHENHUA FENG,CAN ZHAO,RUOLIN LIAO,SONGNIAN FU,PERRY PING SHUM,DEMING LIU. Photonics Research. 2017(03)
[4]高能固态激光器技术路线分析[J]. 陈金宝,郭少锋. 中国激光. 2013(06)
[5]薄片激光器均匀抽运及均匀冷却技术研究[J]. 蔡震,王小军,蒋建锋,涂波,靳全伟,赵娜,姚震宇,唐淳. 中国激光. 2010(10)
[6]激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量[J]. 潘孙强,刘崇,赵智刚,董延涛,相方莉,葛剑虹,项震,陈军. 中国激光. 2010(10)
[7]全固态Nd:YAG激光器热效应及输出光束波前像差分析[J]. 张翔,苏礼坤,蔡青. 光学学报. 2010(03)
[8]高功率固体激光器冷却技术[J]. 田长青,徐洪波,曹宏章,司春强. 中国激光. 2009(07)
[9]高平均功率全固态激光器[J]. 周寿桓,赵鸿,唐小军. 中国激光. 2009(07)
[10]一种新颖的用于光腔模式及光束传输模拟的特征向量法[J]. 程愿应,王又青,胡进,李家熔. 物理学报. 2004(08)
博士论文
[1]常温下高性能端面泵浦Yb:YAG板条增益模块技术研究[D]. 李密.中国工程物理研究院 2019
[2]紧凑型高峰值功率端面抽运固体激光器研究[D]. 李兵斌.西安电子科技大学 2014
[3]环柱型高能连续波HF化学激光器研究[D]. 刘文广.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]液冷薄片激光器及其热管理技术研究[D]. 杨鹏.长安大学 2016
[2]空芯光纤的模场特性分析及其在模式转换中的应用[D]. 邢尔军.北京交通大学 2015
[3]掺钕玻璃微球阵列激光器及其热管理研究[D]. 丁建永.南京邮电大学 2013
本文编号：3655999
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 环形介质激光器国内外研究进展
1.2.1 管状激光器
1.2.2 空心光纤与环状光纤
1.3 论文的主要研究内容
第二章 环孔型谐振腔的激光振荡模式分析
2.1 环形介质的光场近似解析解
2.2 光场传输的计算方法
2.3 Fox-Li算法
2.4 数值计算结果与分析
2.5 本章小结
第三章 空心光纤模式条件及其传输特性分析
3.1 空心光纤结构
3.2 空心光纤的特征方程分析
3.2.1 麦克斯韦方程
3.2.2 Helmholtz方程
3.2.3 空心光纤的特征方程
3.3 空心光纤少模结构设计
3.3.1 不同纤芯半径下的少模设计
3.3.2 不同折射率差下的少模设计
3.4 空心光纤的V-b曲线
3.5 空心光纤结构参数仿真分析
3.5.1 纤芯半径与模式有效折射率的关系
3.5.2 空心半径对光纤模式特性的影响
3.5.3 折射率差对光纤模式有效折射率的影响
3.6 空心光纤模式输出的衍射场分布
3.6.1 光纤模式在自由空间的传输
3.6.2 光纤混合模式传输特性
3.6.3 光纤模式的聚焦与重建特性
3.7 本章小结
第四章 环状光纤模式条件分析
4.1 环状光纤结构
4.2 环状光纤的模式分布特性
4.2.1 内包层半径对环状光纤模式分布特性的影响
4.2.2 环厚度对环状光纤模式分布特性的影响
4.2.3 包层折射率变化对环状光纤模式分布特性的影响
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本论文工作总结
5.2 未来工作展望
参考文献
攻读学位期间公开发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体侧面抽运板条激光器光束质量优化[J]. 熊新健,陈培锋,王英,杨亚楠,李响. 激光技术. 2019(05)
[2]5kW Nd:YAG端面抽运板条激光器及其光束质量提升[J]. 王君涛,童立新,徐浏,吴振海,李密,陈小明,陈月健,汪丹,周唐建,胡浩,高清松. 中国激光. 2018(01)
[3]Polarization-maintaining few mode fiber composed of a central circular-hole and an elliptical-ring core[J]. JIAJIA ZHAO,MING TANG,KYUNGHWAN OH,ZHENHUA FENG,CAN ZHAO,RUOLIN LIAO,SONGNIAN FU,PERRY PING SHUM,DEMING LIU. Photonics Research. 2017(03)
[4]高能固态激光器技术路线分析[J]. 陈金宝,郭少锋. 中国激光. 2013(06)
[5]薄片激光器均匀抽运及均匀冷却技术研究[J]. 蔡震,王小军,蒋建锋,涂波,靳全伟,赵娜,姚震宇,唐淳. 中国激光. 2010(10)
[6]激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量[J]. 潘孙强,刘崇,赵智刚,董延涛,相方莉,葛剑虹,项震,陈军. 中国激光. 2010(10)
[7]全固态Nd:YAG激光器热效应及输出光束波前像差分析[J]. 张翔,苏礼坤,蔡青. 光学学报. 2010(03)
[8]高功率固体激光器冷却技术[J]. 田长青,徐洪波,曹宏章,司春强. 中国激光. 2009(07)
[9]高平均功率全固态激光器[J]. 周寿桓,赵鸿,唐小军. 中国激光. 2009(07)
[10]一种新颖的用于光腔模式及光束传输模拟的特征向量法[J]. 程愿应,王又青,胡进,李家熔. 物理学报. 2004(08)
博士论文
[1]常温下高性能端面泵浦Yb:YAG板条增益模块技术研究[D]. 李密.中国工程物理研究院 2019
[2]紧凑型高峰值功率端面抽运固体激光器研究[D]. 李兵斌.西安电子科技大学 2014
[3]环柱型高能连续波HF化学激光器研究[D]. 刘文广.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]液冷薄片激光器及其热管理技术研究[D]. 杨鹏.长安大学 2016
[2]空芯光纤的模场特性分析及其在模式转换中的应用[D]. 邢尔军.北京交通大学 2015
[3]掺钕玻璃微球阵列激光器及其热管理研究[D]. 丁建永.南京邮电大学 2013
本文编号：3655999
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