非稳腔Nd:YAG薄片激光器的腔内离焦效应与动态补偿策略

本文主要探讨了非稳腔Nd:YAG薄片激光器内部腔内离焦现象及其对激光器性能的影响。非稳腔，即不稳定共振腔，是一种在激光器设计中常用的腔型，它利用特殊的光学结构来实现高效的光放大。在该研究中，作者关注的是4片串联的薄片构成的放大率为1.8的虚共焦非稳腔系统。 当腔内元件（如薄片）发生离焦，即其光学焦点不在理想位置，会对激光的振荡和放大过程产生显著影响。具体来说，当单个薄片的焦距偏离为-100米时，激光增益区与工作介质的交叠效率显著下降了9%，这意味着能量传递和转换的有效性降低。同时，由于腔内激光模式尺寸与薄片的有效孔径不匹配，额外的30%腔内损耗也随之增加。这些因素共同作用，导致激光光光效率的显著降低，对激光器的整体性能产生了负面影响。 为了改善这种情况，文章对比了多种离焦补偿方法，其中腔内插入可变焦透镜被证实为一种有效的解决方案。这种透镜能够在大动态范围内调整其焦距，通过精确地校正离焦，使得激光器的放大性能得以优化。在实验条件下，当将设计好的变焦透镜组插入腔内，且在4840瓦特的抽运功率下，经过离焦补偿后，激光输出功率提升了2.33倍。此外，通过对单程探测光束波面特性的实时监测，研究人员能够实现激光器的动态补偿，即使在1到100赫兹的重复频率下，也能稳定地输出单脉冲能量达到10焦耳的激光。 因此，这项研究不仅揭示了非稳腔Nd:YAG薄片激光器腔内离焦问题的重要影响，还提供了一种实用的补偿策略，这对于提高这类激光器的性能和稳定性具有实际意义。在激光技术领域，特别是固体激光器和薄片激光器的设计和优化过程中，理解并处理腔内离焦问题是至关重要的，因为它直接影响到激光器的效率、功率输出以及工作稳定性。