高功率全固态激光器热效应与波前像差研究

"全固态Nd:YAG激光器热效应及输出光束波前像差分析" 本文探讨了高功率全固态 Nd:YAG 激光器的热效应对其输出光束质量和波前像差的影响。在稳定腔的工作环境中，热效应是导致激光器性能下降的关键因素之一。当激光器工作时，由于激光二极管抽运产生的热量会导致晶体温度升高，进而形成一个“热透镜”效应，这会影响腔内的光学模式并改变光束的聚焦特性。 作者通过传输矩阵方法研究了热透镜焦距与激光器本征模式光斑尺寸之间的关系。这种理论分析有助于理解热效应如何影响激光器的光学特性。为了更深入地分析光束质量，文章采用了Hartmann-Shack波前传感器和模式法波前重构技术来检测和分析激光器的输出光束。这些工具能够测量和解析前35阶Zernike像差系数，这些系数可以反映光束的畸变程度。 通过Zernike像差分析，研究发现输出的倍频光波前像差主要集中在前15阶，其中离焦系数（Z3）、低阶像散（Z4和Z5）以及球差（Z10）是主要的像差类型。这些像差的存在表明，晶体的热效应以及腔内其他扰动因素（例如机械振动、不均匀的抽运效率等）对光束质量产生了显著影响。 此外，通过计算点扩散函数分布和环围能量曲线，可以更全面地评估输出光束的质量和动态像差特性。这些参数对于理解和优化激光器的性能至关重要，因为高功率激光器的应用，如材料加工、医学治疗和科学研究，都依赖于高质量的激光光束。 全固态 Nd:YAG 激光器的热效应对其输出光束质量产生了显著影响，导致了各种波前像差。为了提高激光器的性能，需要采取有效的冷却策略和优化腔内设计，以减少热效应和其他扰动因素对光束质量的负面影响。这一研究不仅提供了对全固态激光器热效应问题的深入理解，也为后续的激光器设计和改进提供了理论依据。