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1、毕业设计（论文）题 目激光器谐振腔的设计与优化 系 （院）光电工程系专 业光信息科学与技术班 级2011级1班学生姓名段玉强学 号1114080105指导教师冯伟伟职 称副教授二一五年六月十八日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一五年六月十八日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院
2、关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一五年六月十八日滨州学院本科毕业设计（论文）激光器谐振腔的设计与优化摘 要光学谐振腔主要是指光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔,是激光器的一个重要组成部分,设计良好的谐振腔可以输出大功率高质量的激光。谐振腔主要是选择频率一定、方向一致的光,提高它在腔
3、内光子的数量并且减少其他频率和方向的光在腔内光子的数量。本文主要介绍了设计合理的谐振腔从哪些参数方面考虑，能使该谐振腔能够得到单色性好、方向性好的强相干光。本文经过运用理论分析和数值模拟提出尽可能合适的谐振腔结构以及腔参数，以获得高功率腔参数、高光束、高效率和高稳定性的激光光束。通过光学传输矩阵讨论激光谐振腔的各个参数对谐振腔稳定性和激光光束质量的影响，进而运用合适的腔参数，设计出可行的谐振腔，并通过数值模拟说明谐振腔的工作特性。关键词：激光器谐振腔;光学变换矩阵;优化设计;数值模拟The design and optimization of the laser cavityAbstract
4、Optical resonator in which mainly refers to the light bounces back and forth to provide energy feedback cavity, it is an important part of laser. A well-designed cavity laser can output high power quality. Resonator is mainly frequency choice must, in the same direction, to improve it and reduce the
5、 number of photons in the cavities in other frequency and direction of light photons in the cavity number.This article mainly introduced the reasonable design of the cavity from which parameters into consideration, can make the cavity can get good monochromaticity, directivity, good strong coherent
6、light.In this paper, through the use of theoretical analysis and numerical simulation is put forward as far as possible the right cavity structure and the cavity parameters, in order to obtain the cavity parameters of high power, high beam, high efficiency and high stability of the laser beam.By opt
7、ical transfer matrix to discuss the laser cavity of various parameters on the stability of the resonator and the influence of laser beam quality, in turn, use proper cavity parameter, design a feasible cavity, and through the numerical simulation shows that the working characteristic of cavity.Keywo
8、rds: laser cavity; optical transformation matrix; optimization design; numerical simulation目 录引言.1第一章谐振腔的作用、分类及比较.21.1谐振腔的作用.21.1.1提供光学正反馈作用.21.1.2对振荡光束的控制作用.21.2谐振腔的分类及较.2第二章激光晶体和氦氖气体的激光特性.62.1 激光晶体的构成和激光特性.62.2 氦氖气体的激光特性.8第三章谐振腔参数化.103.1 晶体泵浦激光器谐振腔参数的优化.103.1.1热透镜焦距的计算.113.1.2谐振腔稳定条件.113.1.3谐振腔臂长的
9、选择.123.1.4输出镜透过率的选择.193.2 平凹腔氦氖激光器谐振腔参数优化.213.2.1凹面镜曲率半径与腔长比值T.213.2.2比值.223.2.3平面输出镜反射率.23第四章谐振腔工作特性分析.24第五章总结.26参考文献.27致谢.29II引言21世纪是信息化的时代,电信息以及仪器的新技术促进了人类文明的快速发展。伴随着激光器应用范围的扩展,对激光光束的要求也越来越多。为了满足各类激光器的要求，我们需要设计设计一个良好、合适的谐振腔能够输出高效率、高质量、高稳定性的激光光束。自从光学谐振腔提出后，各类激光谐振腔的研究已经获得很大发展。为了输出一束高功率、高质量、高效率和稳定性好
10、的激光光束，我们需要选择一系列合理的设计参数来设计各类激光器所需要的谐振腔，谐振腔的结构对各类激光器所要求的输出光束的质量有很大的影响，一个良好的谐振腔结构能够提高激光器输出光束的质量，能够增加激光器的能量提取效率1。对于各类激光器，在激光器的输出功率和输出激光光束质量中，他们之间常常是矛盾的，具备高输出功率就很难具备高质量的激光光束。针对各类激光器对输出功率和光束品质不一样的要求，我们需要设计出尽可能合适的谐振腔结构和相应参数，可以通过谐振腔优化的方法来实现。激光功率的改变会引起的激光晶体的热透镜效应发生改变，而激光晶体的热效应改变会对谐振腔的工作特性产生影响，从而影响输出光束。对此，我们要
11、想增加激光器的稳定性，可以通过理论计算的方法来设计一个对热透镜效应不敏感的热稳定腔。其他方面来说，某些实际环境中存在的机械振动以及热运动对谐振腔有或多或少的影响，他们往往会导致谐振腔元件偏离预设位置，因此只有满足激光器对各种因素引起的光腔失调不敏感这个条件才可以，所以说谐振腔是否稳定是设计中需要考虑的非常重要的条件。比如在固体激光器中，激光晶体各个部位吸热不同，在晶体的端面部位吸热能力非常强，往往就会存在非常严重的热效应，而热效应又会对折射率有影响，因此会导致激光晶体折射率发生变化。为了获得一个不断运行的高功率的固体激光器，我们在固体激光谐振腔设计中应该避免激光晶体的热透镜效应，防止因此而导致设计的谐振腔无法满足要求2。第一章 谐振腔的作用、分类及比较1.1 谐振腔的作用光学谐振腔的作用主要有以下两个方面：1.1.1 提供光学正反馈作用激光器内受激辐射过程是由激活介质自发辐射，在谐振腔内不断的来回运动从而形成相干振荡，振荡光束在谐振腔内来回运动时，会使得光束能量减少，主要是由腔内损耗和光束经过反射镜输出时的损耗而导致，因此我们需要确保光束有足够的能量，使其在腔内多次来回运动时，能够经受激活介质的受激辐射而维持振荡。所以我们说受激辐射过程拥有“自激”振荡的特点。影响谐振
