基于小孔光阑的微晶玻璃氦氖激光器基横模选择的实验研究

论文摘要

微晶玻璃系列氦氖激光器大多是利用腔内附加的小孔光阑对其基横模进行选择。本课题就是研究小孔光阑的大小对微晶玻璃氦氖激光器的振荡模式、输出功率、光束质量的影响,得到激光器设计的重要参考数据。理论上,从菲涅尔-基尔霍夫衍射公式和自再现原理出发,利用有限元法建立了插入光阑后的谐振腔的传输矩阵。通过求解传输矩阵的本征值和本征矢量,得出平凹腔中平面输出镜上光场分布以及每个横模的衍射损耗。计算结果得出了当激光器恰好能输出基横模且功率最大时,小孔光阑的直径和光斑半径的之间的比率关系。实验上,编写了基于虚拟仪器的用于采集和分析激光光斑的软件。建立了一套激光光斑分析系统,搭建了实验平台。实验过程中,逐渐增加腔长,每增加一次腔长就在腔内紧靠平面镜处或球面镜处插入不同通光孔径的光阑,并用光斑图样法和频谱图法分析激光模式和光束质量,并测量输出功率,从而找出最合适的光阑。实验结果表明:当激光器恰好能够实现基横模振荡且功率最大时,小孔光阑的直径和光斑半径之比围绕某个定值波动。此时,输出光束也非常接近于高斯光束,且光束质量较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 小孔光阑选模的研究历史和研究现状
• 1.2.1 小孔光阑选模的研究历史
• 1.2.2 小孔光阑选模的研究现状
• 1.3 开展本课题的任务和目的
• 第二章 微晶玻璃氦氖激光器基横模选择的理论分析
• 2.1 基横模选择原理和主要方法
• 2.1.1 基横模选择原理
• 2.1.2 基横模选择的主要方法
• 2.2 理论模型的建立
• 2.2.1 菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式
• 2.2.2 开腔模的一般物理概念和自再现原理
• 2.2.3 横模分析方法
• 2.2.4 传输矩阵的构造
• 2.3 数值计算结果
• 2.3.1 小孔光阑半径的选择
• 2.3.2 无小孔光阑平凹腔
• 2.3.3 插入小孔光阑后的平凹腔
• 2.4 理论分析结论
• 第三章 基于虚拟仪器的激光参数分析软件
• 3.1 LabVIEW 简介
• 3.2 激光参数分析软件
• 3.2.1 光路和光斑参数调试
• 3.2.2 光斑中心漂移测试
• 3.2.3 光斑参数测量和分析
• 3.2.4 软件的发布
• 3.3 本章小结
• 第四章 小孔光阑法选模的实验研究
• 4.1 实验系统介绍
• 4.2 小孔光阑法选模实验
• 4.2.1 激光模式分析和小孔光阑的直径选择
• 4.2.2 基横模光束质量分析
• 4.2.3 激光输出功率测量
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结和展望
• 5.1 主要研究工作和总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 光路和光斑参数调试程序
• 附录B 光斑中心漂移测试程序
• 附录C 光斑参数测量和分析程序