高斯镜平凸非稳腔本征模场的有限元数值计算

范泛; 杨克成; 张波; 许德胜

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高斯镜平凸非稳腔本征模场的有限元数值计算

范泛 , 杨克成 , 张波 , 许德胜

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高斯镜平凸非稳腔本征模场的有限元数值计算

1.
华中科技大学, 激光技术与工程研究院, 武汉, 430074

作者简介: 范泛(1980- ),男,硕士研究生,现主要从事新型激光谐振腔理论的研究..

通讯作者: 杨克成, kcyang@hust.edu.cn ;

中图分类号: O435

Numerical calculation of mode-fields of the spherical plano-convex unstable resonator with Gaussian reflectivity mirror by means of the finite element method

1.
Institute of Laser Technology and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China

Corresponding author: YANG Ke-cheng, kcyang@hust.edu.cn ;

CLC number: O435

摘要: 为了研究激光在高斯镜平凸非稳腔中的模式和相位特征,在SIEGMAN分析多元件非稳腔的理论基础上,采用有限元数值方法计算耦合输出镜镜面反射率为高斯分布的圆镜平凸非稳腔本征模场分布。将光场在腔内一次往返的ABCD系数代入惠更斯-基尔霍夫衍射积分方程,可以写出光场往返一次的衍射积分方程。将镜面分割成若干个等宽圆环,把衍射积分方程转化成矩阵相乘形式,经过数值计算,得到理想空腔和非共轴空腔优先起振的光场本征模式分布结果与相位特性。计算结果表明,当合适选择输出镜半径与高斯反射率分布,可以得到光斑半径为0.3cm的基模高斯光束输出,此计算结果与实验结果相符。同时也讨论了耦合输出镜对光束质量的影响。
- 激光器 /
- 本征模场 /
- 有限元法 /
- 高斯反射率镜
Abstract: In order to study the mode and the phase characteristic of laser in an unstable resonator with Gaussian reflectivity mirrors,a finite element method is presented to numerically calculate mode-fields of the spherical plano-convex unstable resonator with Gaussian reflectivity mirrors,which is based on the canonical formulation of SIEGMAN's theory for analyzing multi-element unstable resonators.The round-trip cylindrical Huygen's integral is expressed for the resonator in terms of spherical resonator analysis and ABCDM matrix.The Huygen's integral is transformed to a finite sum format by dividing the output mirror into several width-equal circles.The eigenmode and phase result of self-reproduce field of perfect empty resonator and misalignment empty resonator are obtained via numerical calculation.The calculation result indicates that when the radius and Gaussian reflectivity of output mirror are appropriately selected,the fundamental mode distribution of Gaussian beam which has a spot radius of 0.3cm can be obtained.The calculation result accords with the experiment result.Simultaneously the influence of the output mirror on the beam quality is also discussed.
- lasers /
- mode-fields /
- finite element method /
- Gaussian reflectivity mirror

[1]	SAGHAFI S,WITHFORD M,LATIFI H et al.Beam propagation analysis in unstable laser resonators(ULR)[J].Proc SPIE,2003,4829:8～9.
[2]	MORIN M.Graded reflectivity mirror unstable laser resonators[J].Opt Quant Electron,1997,29(1):819～866.
[3]	CORBETT B,JUSTICE J,LAMBKIN P.High brightness lasers based on internal focus unstable resonators[J].SPIE,2004,5365:164～172.
[4]	NIKOLOV I P,BUCHVAROV I,GUBANOVA L A et al.High-power Nd:YAG lasers with variable reflectivity mirrors[J].SPIE,2001,4397:49～53.
[5]	MAKKI S,LEGER J.Mode shaping of a graded-reflectivity-mirror unstable resonator with an intra-cavity phase element[J].IEEE J Q E,2001,37(1):80～86.
[6]	SILIVERSTRI S D,MAGNI V,SVELTO O et al.Lasers with superGaussian mirrors[J].IEEE J Q E,1990,26(9):1500～1509.
[7]	LING D X.Numerical calculation of field distribution of confocal spherical resonator by the finite element method[J].Applied Laser,1999,19(2):69～72(in Chinese).
[8]	CHEN Z L,MA L K,JIANG Z F et al.Finite element analysis of thermal effect of LD endpumped laser medium[J].Laser Technology,2005,29(5):543～545(in Chinese).
[9]	ANTHONY E,SIEGMAN A.Canonical formulation for analyzing multielement unstable resonators[J].IEEE J Q E,1976,QE12(1):35～40.

[1]	周燕 , 王海龙 , 马传贺 , 邵凤兰 . 自组装方法制作微角反射器的有限元分析. 激光技术, 2011, 35(6): 820-823,827. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.026
[2]	李家 , 程愿应 , 孙奕 . CO2激光器方型腔模式的有限元法分析初探. 激光技术, 1995, 19(5): 271-273.
[3]	宋德君 , 谢康 , 肖峻 . 基于有限元光子晶体光纤的模场与色散分析. 激光技术, 2012, 36(1): 111-113,117. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.01.028
[4]	栗兴良 , 牛春晖 , 马牧燕 , 吕勇 . 单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真. 激光技术, 2016, 40(5): 730-733. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.023
[5]	冯爱新 , 程昌 , 殷苏民 , 周建忠 , 唐翠屏 . 激光划痕法膜基界面的温度场及应力场分析. 激光技术, 2008, 32(5): 527-530.
[6]	孙年春 , 屈乾华 , 程洁 , 周琮 . 高斯反射率镜腔的热稳定性研究. 激光技术, 1995, 19(4): 234-238.
[7]	樊素 , 侯涛 . 基于ANSYS的圆截面激光晶体的热变形分析. 激光技术, 2012, 36(2): 280-284. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.02.036
[8]	熊召 , 袁晓东 , 刘青安 , 唐灿 , 程晓锋 . 大口径反射镜的ANSYS有限元分析及实验研究. 激光技术, 2009, 33(1): 107-109.
[9]	陈凯 , 朱东旭 , 张平才 . 有限元矩阵的激光谐振腔模式分析. 激光技术, 2014, 38(3): 352-356. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.014
[10]	刘源 , 李正佳 , 吴奇彬 . Nd：YAG激光器切割硅薄膜太阳能电池的工艺参数研究. 激光技术, 2006, 30(3): 248-251.
[11]	张君 , 魏晓峰 , 张雄军 , 吴登生 , 田晓琳 . 重频应用下电光晶体温度场应变场影响因素. 激光技术, 2009, 33(1): 27-31.
[12]	张璇峰 , 袁明辉 . 双面周期开槽型太赫兹滤波器分析. 激光技术, 2013, 37(4): 533-536. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.04.026
[13]	甄海龙 . 一种金填充高双折射光子晶体光纤偏振滤波器. 激光技术, 2016, 40(1): 1-4. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.01.001
[14]	钱诗婷 , 廖秋雨 , 高翔 , 张克非 . 填充型增敏式光子晶体光纤压力传感器结构. 激光技术, 2021, 45(2): 224-228. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.017
[15]	关建飞 , 沈中华 , 许伯强 , 陆建 , 倪晓武 . 激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析. 激光技术, 2005, 29(3): 287-290,314.
[16]	王贵鑫 , 严刚 , 关建飞 . 铝材管道管壁厚度对激光超声信号影响的探究. 激光技术, 2014, 38(2): 260-265. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.024
[17]	高立 , 张永康 . 镍-钴合金杆料激光冲击强化的实验和数值模拟. 激光技术, 2006, 30(5): 507-510.
[18]	冯湾湾 , 金磊 , 赵金峰 , 潘永东 . 激光激发横波作用垂直裂纹侧面后的模式转换. 激光技术, 2018, 42(4): 487-493. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.04.011
[19]	刘津升 , 徐振华 , 顾国庆 . 激光阵列用于改善声表面波信噪比的数值研究. 激光技术, 2011, 35(3): 403-406. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.03.030
[20]	王天明 , 李斌成 , 赵斌兴 , 孙启明 . 高功率激光作用下光学元件非线性热效应研究. 激光技术, 2022, 46(6): 729-735. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.06.003

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高斯镜平凸非稳腔本征模场的有限元数值计算

通讯作者: 杨克成, kcyang@hust.edu.cn;

作者简介: 范泛(1980- ),男,硕士研究生,现主要从事新型激光谐振腔理论的研究.

1. 华中科技大学, 激光技术与工程研究院, 武汉, 430074

收稿日期: 2006-01-25
录用日期: 2006-03-24
网络出版日期: 2007-04-25

关键词:

摘要: 为了研究激光在高斯镜平凸非稳腔中的模式和相位特征,在SIEGMAN分析多元件非稳腔的理论基础上,采用有限元数值方法计算耦合输出镜镜面反射率为高斯分布的圆镜平凸非稳腔本征模场分布。将光场在腔内一次往返的ABCD系数代入惠更斯-基尔霍夫衍射积分方程,可以写出光场往返一次的衍射积分方程。将镜面分割成若干个等宽圆环,把衍射积分方程转化成矩阵相乘形式,经过数值计算,得到理想空腔和非共轴空腔优先起振的光场本征模式分布结果与相位特性。计算结果表明,当合适选择输出镜半径与高斯反射率分布,可以得到光斑半径为0.3cm的基模高斯光束输出,此计算结果与实验结果相符。同时也讨论了耦合输出镜对光束质量的影响。