用于相位共轭tea+co-%2c2-激光器猫眼谐振腔研究.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
用于相位共轭的TEA CO<,2>激光器猫眼谐振腔的研究
姓名:邬思明
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:程祖海;左都罗
20070501
摘要
随着 TEA CO2 激光器技术的日益成熟,它已经在工业加工、军事、环境保护和
科学研究等许多领域中被广泛应用。最近国际上的热门研究领域激光推进, TEA  CO2 
激光器被认为是最可选激光器之一。光束质量是影响这种远距离传输应用的关键因
素。相位共轭自适应谐振腔被认为是改善 TEA CO2 激光器光束质量的最佳方案。为
获得高光束质量的高功率 TEA CO2 激光,本文对相位共轭自适应谐振腔的基本原理
以及这种谐振腔必需的高光束质量的泵浦光源的产生方法进行了理论和实验探索。
本文首先介绍了相位共轭基本原理和关键技术,并重点介绍了四波混频产生相
位共轭的基本原理和相位共轭谐振腔的特性。实现相位共轭首先必须得到高光束质
量的泵浦光。而猫眼谐振腔因其良好的逆向反射特性,被认为是得到高光束质量泵
浦光的最有效的方法之一。因此,本文随后从理论上分析研究了猫眼谐振腔的特性,
同时还根据实验条件进行了理论计算。
通过比较分析各种光束质量评价方法后,确定采用衍射极限倍数β作为实验中
光束质量评价标准,并采用聚焦光束测量法,D 成像的方法测
量 TEA CO2 激光器猫眼谐振腔的光束质量。光束质量数据远优于平面镜-圆锥镜谐
振腔、平凹腔的结果。对低输出能量的原因也进行了探讨,结论是大气衰减损耗对
实验的影响基本可以忽略,衍射损耗也不足以引起低能量输出,但是平面反射镜的
不稳定性引起的损耗则相当可观,应该尽量减小。
最后,利用光子牵引探头测量了猫眼谐振腔的激光脉冲时间波形。通过和平凹
腔对比,发现猫眼谐振腔因其腔长长、损耗大,激光脉冲开始时刻与放电结束时刻
的间隔比平凹腔的要长,同时实验中还通过傅立叶变换证实了“拍频”现象。
关键词: 相位共轭四波混频  TEA CO2 激光器猫眼谐振腔光束质量
I
ABSTRACT 
With  the  improvement  of  its  performance,  TEA  CO2  laser  has  been  widely  applied  in 
many areas such as processing, defense, environment protection and scientific research. It 
is considered as the most favorable laser for the application of laser propulsion which is 
increasingly studied recently. Beam quality is a key factor that has significant influence 
on  this  kind  of  energy  transportation  application,  and  it  is  recognized  that  phase 
conjugation cavity would improve the beam quality of TEA CO2 laser effectively. For the 
purpose of  high  quality  high  power  TEA  CO2  laser,  the  principle  of  phase  conjugation 
cavity and the method to obtain high quality pump beams which are required by this kind 
of cavity are both theoretically and experimentally studied. 
Firstly,  the  principles  and  key  technologies  of  phase  conjugation  are  introduced. 
Then,  the  principles  of  four  wave  mixing  technology  and  the  characteristics  of  phase 
conjugation cavity are discussed. The prerequisite of realizing phase conjugation beam i