GLAD软件在激光谐振腔仿真中的应用

摘要

谐振腔的结构在很大程度上决定了激光器的光束质量。激光器要获得高性能运转，首先就要保证有良好的谐振腔体结构，实际中总会有一些误差因素的影响，使实际光场背离理想光场，因此研究非理想误差因素对谐振腔模式的影响就显得尤为重要。本文就非理想情况下激光谐振腔误差因素的变化对腔模式的影响进行仿真分析，主要采用物理光学分析软件GLAD来分析谐振腔的光场模式，该软件主要应用快速傅立叶变换(FFT)法处理光学设计中无法忽略的衍射效应。
　　本文首先介绍了谐振腔模式理论和GLAD软件的工作界面及各部分功能，然后详细推导了该软件中光场衍射传播的数值计算方法，最后将GLAD软件应用到谐振腔模式的仿真中，计算了理想和非理想情况下两镜稳定腔、F-P腔、虚共焦非稳腔、四镜面平面环形腔及三镜面平面环形腔的模式及损耗，给出了模式及损耗随非理想因素的变化。结果表明：理想情况下光场模式分布在腔轴线处，此时模式质量最好，损耗最小；非理想因素会使谐振腔模式畸变，且随着非理想因素增大，光场质心与腔轴线的偏离增大，腔损耗增大；由于腔体结构的影响，非稳腔损耗最大，稳定腔损耗最小，临界腔对偏差的敏感性比稳定腔高；对于平面环形腔，一般小孔光阑在不同方向上的偏移对光场模式的影响不同，不同方向上的镜面角度偏差对光场模式的影响也不同；对现有的镜面加工技术来说，腔镜面形误差对腔内光场模式的影响一般较小；谐振腔光阑临界半径和最佳半径仅与腰斑有关，它们与腰斑的比值大致为一定值。

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第一章绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 光学系统设计软件简介

1.3 论文主要内容

第二章 谐振腔模式计算理论

2.1解析法

2.2 Fox-Li数值迭代法

2.3 FFT法

2.4 FDM

2.5 FEM-BPM

2.6 本章小结

第三章 GLAD软件及其计算谐振腔模式的理论基础

3.1 GLAD软件简介

3.2 GLAD软件中衍射传播的数值计算方法

3.3 本章小结

第四章 谐振腔仿真

4.1两镜稳定腔的仿真

4.2两镜临界腔的仿真

4.3两镜非稳腔的仿真

4.4 四镜面平面环形腔的仿真

4.5 三镜面平面环形腔的仿真

4.6 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 论文工作总结

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 两镜稳定腔渡越过程程序代码

附录B 两镜稳定腔镜面倾斜程序代码

附录C 两镜稳定腔小孔偏移程序代码

附录D 虚共焦非稳腔渡越过程程序代码

附录E 四镜面平面环形腔M3镜绕x轴倾斜程序代码

附录F 四镜面平面环形腔M3镜面型误差程序代码

附录G 三镜面平面环形腔M3镜绕x轴倾斜程序代码