MatLaser 激光谐振腔设计

作者简介 本科：长春理工大学（原长春光学精密机械学院），光信息科学与技术专业，理学学士。 MatLaser激光谐振腔设计 作者简介 本科：长春理工大学（原长春光学精密机械学院），光信息科学与技术专业，理学学士。 硕士：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，光学工程专业，工学硕士。 博士：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，光学专业，理学博士。

零、引言（第一讲） 软件英文名称：MatLaser=MatrixLaser 软件中文名称：魅特激光 软件开发初衷：在硕士博士期间进行激光器设计，重复编写谐振腔分析代码，考虑能否像传统的光学软件如Zemax等进行一般的设计。

零、引言 谐振腔设计的重要性：功率、光束质量、稳定性等 光学软件：Zemax, CodeV, OSLO… 国内外的激光谐振腔设计软件 MatLaser激光谐振腔设计 零、引言 谐振腔设计的重要性：功率、光束质量、稳定性等 光学软件：Zemax, CodeV, OSLO… 国内外的激光谐振腔设计软件 GLAD, LasCAD, ASLD, WinLase, PPlus, Simca, RP-Photonics, Cavity… MatLaser, Laser Designer… 软件编写参考资料：《MatLaser说明书》 P132 软件编写方法：提出问题、解决问题思路。 Matlaser

零、引言 视频制作思路：基本理论、软件操作、文献实例相结合。 实现的效果：在电脑上进行激光谐振腔的调试实验。 MatLaser激光谐振腔设计 零、引言 视频制作思路：基本理论、软件操作、文献实例相结合。 实现的效果：在电脑上进行激光谐振腔的调试实验。 软件功能演示：《MatLaser说明书》P5 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 软件功能演示 Matlaser

零、引言——如何开始设计第一台激光器 （第二讲） MatLaser激光谐振腔设计 零、引言——如何开始设计第一台激光器 （第二讲） 对象：刚刚学习《激光原理》的大三、大四的学生，或是激光器的初学者。 方法：基本理论、参考文献、MatLaser软件仿真三者结合。 谐振腔所求参数及其应用疑问 ？腔镜处的光斑半径和等相位面曲率半径（实际中使用？）； ？束腰半径（核心量）、位置和瑞利长度； ？腔内任意处的光斑半径； ？发散角（实测）等。 《激光光学》P282 P114 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 零、引言——模式匹配 M1 M2 LD TEM00 M1 M2 LD TEM00 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 零、引言——模式匹配文献 [1] Paolo Laporta, Marcello Brussard. Design criteria for mode size optimization in diode-pumped solid-state lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1991, 27(10): 2319-2326 [2] J.Frauchiger, Peter Albers, Heinz P. Weber. Modeling of Thermal lensing and higher order ring mode oscillation in end-pumped CW Nd:YAG laser. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1992, 28(4): 1046-1056 [3] Yung-Fu Chen. Pump-to-mode size ratio dependence of thermal loading in diode-end-pumped solid-state lasers. J.Opt.Soc.Am. B, 2000, 17(11): 1835-1840 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 零、引言——模式匹配结论 从充分利用泵浦能量的角度要求泵浦光模和腔模在工作物质内匹配，低功率时腔模半径略大于泵浦光模半径[1].wL/wp=1.1-1.2 高泵浦功率由于高级球差，与低泵浦功率的情况相反，腔模半径应略小于泵浦光模半径[2,3] 。wL/wp=0.6-0.9 两者具体的比值关系通过理论设计，在实验中加以验证选择。 Pump Laser Pump Laser Matlaser

零、引言 初始结构的查找。 MatLaser软件操作：对两镜腔要有深入的理解。 文献 Efficient fibre-coupled laser diode end-pumped NYAB laser MatLaser软件操作：对两镜腔要有深入的理解。 各个参数平衡匹配：给定泵浦光斑半径、激光器机械尺寸限制等因素——选择腔长——选择腔镜的曲率半径——选择倍频晶体的位置等。 Matlaser

一、MatLaser软件的基本操作（第三讲） 懂得专业知识情况下的操作跟Windwows软件没有区别 《MatLaser说明书》 P41实例 《MatLaser说明书》P34基本原理 《激光光学》P282光学谐振腔理论入射、出射光束符号参数说明 《激光光学》P490相对失调灵敏度 《Lasers》 P796复ABCD理论 激光谐振腔和光束传输的分析与设计. 激光与光电子学进展, 2011, 48(8): 81402 《固体激光工程》P192的腔内光束分布图形绘制 Matlaser

第四讲、基于元件和面的分析 《MatLaser说明书》 P61实例 A linearly polarized continuous-wave 1357-nm Nd:YAG laser 平凹基频光谐振腔分析 Diode-end-pumped room temperature Tm,HoYLF lasers Matlaser

简单扩展 工作物质两面直接镀膜的谐振腔分析 MatLaser激光谐振腔设计 简单扩展 工作物质两面直接镀膜的谐振腔分析 Efficient, frequency-stable laser-diode-pumped Nd:YAG laser Matlaser

简单扩展 工作物质放在腔内的平凹腔、平平腔、双凹腔、凸凹腔、凸凹热透镜腔 MatLaser激光谐振腔设计 简单扩展 工作物质放在腔内的平凹腔、平平腔、双凹腔、凸凹腔、凸凹热透镜腔 Single-axial mode, intracavity doubled Nd:YAG laser 凹凸谐振腔——《固体激光工程》P206 Matlaser

第四讲补充 工作物质两面直接镀膜的谐振腔分析 MatLaser激光谐振腔设计 第四讲补充 工作物质两面直接镀膜的谐振腔分析 Efficient, frequency-stable laser-diode-pumped Nd:YAG laser 结论是使用左图进行等效，原因是写腔内往返矩阵，在腔镜处是经过凹面镜的矩阵变换。 凹凸谐振腔——《固体激光工程》P206 ——Solid-State Lasers P181 Matlaser

第五讲、耦合相同变量的鼠标拖动优化设计 四棒串接谐振腔分析 《激光光学》 P389 《MatLaser说明书》 P71实例

第六讲、Further slider 中一个、两个、三个件/面在固定长度内的移动 MatLaser激光谐振腔设计 第六讲、Further slider 中一个、两个、三个件/面在固定长度内的移动 问题的由来：凹凸谐振腔限定机械长度——《固体激光工程》P206 《MatLaser说明书》 P75实例 Matlaser

第七讲、折叠稳定驻波腔 《MatLaser说明书》P80 Highly efficient high-repetition-rate tunable all-solid-state optical parametric oscillator 《激光光学》P404倾斜放置的凹面镜的焦距 Matlaser

第七讲、折叠稳定驻波腔——象散补偿 《固体激光工程》像散补偿P218 折射率P60 《激光光学》像散补偿P407 高斯光束P114 MatLaser激光谐振腔设计 第七讲、折叠稳定驻波腔——象散补偿 《固体激光工程》像散补偿P218 折射率P60 《激光光学》像散补偿P407 高斯光束P114 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 第七讲、折叠稳定驻波腔——实例 Multi-GHz tunable-repetition-rate mode-locked NdGdVO4 laser Advances in high-power diode-pumped ultraviolet lasers——Coherent P5 High-power TEM00-mode operation of diode-pumped solid state lasers——Spectra-Physics Lasers, Inc P5 Matlaser

第八讲、行波稳定腔 一、环形激光器运转的特性和基本原理 《Lasers》P551 MatLaser激光谐振腔设计 第八讲、行波稳定腔 一、环形激光器运转的特性和基本原理 《Lasers》P551 Passively Q-Switched Single-Frequency NdYAG Ring Laser with Feedback and Phase Conjugation 《固体激光工程》P143 Matlaser

第八讲、行波稳定腔 y z x D C y x z B A

第八讲、行波稳定腔 从全p分量变成全s分量再变回到全p分量过程的强度反射率

第八讲、行波稳定腔 二、谐振腔的分析方法 《激光光学》P400——横模计算方法 三、典型的腔结构 《MatLaser说明书》P84实例 High-power diode-bar-pumped intracavity-frequency-doubled NdYLF ring laser 端面抽运单频稳频绿光激光器 Review of cw high-power diode-pumped green lasers——Coherent Tuning and stability of a singly resonant continuous-wave optical parametric oscillator close to degeneracy Matlaser

第九讲、相位共轭腔 《激光光学》P411 《MatLaser说明书》P87 《Matrix Optics》 相位共轭镜

第十讲、光束传输 《MatLaser说明书》P90 6 MW peak power at 532 nm from passively Q-switched NdYAGCr4+YAG microchip laser Efficient wavelength conversion with high-power passively Q-switched diode-pumped neodymium lasers Advances in high-power diode-pumped ultraviolet lasers Diode-pumped TEM00 mode solid state lasers and their micromachining applications Matlaser

第十一讲、非稳驻波腔 《固体激光工程》P251 《激光光学》P296 《MatLaser说明书》P93 《Lasers》P877

MatLaser激光谐振腔设计 第十一讲、非稳驻波腔 《固体激光工程》P256 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 第十二讲、非稳行波腔 《MatLaser说明书》P95 《Lasers》P918 Matlaser

第十三讲 复元件“稳定”谐振腔之高斯反射镜腔 MatLaser激光谐振腔设计 第十三讲 复元件“稳定”谐振腔之高斯反射镜腔 Amnon Yarv and Pochi Yeh. Confinement and Stability in Optical Resonators Employing Mirrors with Gaussian reflectivity Tapers. Optics Communications, 1975,13(4): 370-374 《MatLaser说明书》 P98 《固体激光工程》P257 Matlaser

MatLaser激光谐振腔设计 第十四讲、图形设计之两镜腔 《MatLaser说明书》 P102 Matlaser

第十五讲 图形设计之大基模高对准稳定谐振腔 MatLaser激光谐振腔设计 第十五讲 图形设计之大基模高对准稳定谐振腔 《MatLaser说明书》 P104 Resonators for solid-state lasers with large-volume fundamental mode and high alignment stability Matlaser

第十六讲 稳定驻波腔之TEM00模选择技术 《MatLaser说明书》 P107 《固体激光工程》P199 P205

第十七讲、稳定驻波腔之望远镜腔 《MatLaser说明书》 P114 《激光光学》P48 《固体激光工程》P215 Telescopic resonators for large-volume TEM00 - mode operation Matlaser

第十八讲、光束传输之模式匹配 《MatLaser说明书》 P118 《激光光学》P145 50% frequency doubling efficiency of 1.2-W cw Tisapphire laser at 746 nm Matlaser

第十九讲、非稳驻波腔之共焦谐振腔 《MatLaser说明书》 P120 《激光光学》P489 《固体激光工程》P262

对准灵敏度与放大倍率的关系

第二十讲 非稳驻波腔之高斯反射镜谐振腔 《MatLaser说明书》 P123 《固体激光工程》P257 MatLaser激光谐振腔设计

第二十一讲 非稳驻波腔之高功率谐振腔 《MatLaser说明书》 P128 《固体激光工程》P261 MatLaser激光谐振腔设计

MatLaser激光谐振腔设计 第二十二讲、高阶模谐振腔分析 含M2因子的高斯光束的参数与基模高斯光束参数对比 Matlaser

第二十三讲、折射率的影响 几何长度L、物理长度L/n、光程nL 高斯光束参数在介质分界面处的变化情况 《激光光学》P56 MatLaser激光谐振腔设计 第二十三讲、折射率的影响 几何长度L、物理长度L/n、光程nL 《激光光学》P56 《激光光学》P305-4 Compact efficient passively Q-switched Nd:GdVO4 PPLN Cr4+:YAG tunable intracavity optical parametric oscillator 第十五讲（00:31:00-00:38:15） 高斯光束参数在介质分界面处的变化情况 第十讲（00:36:00-00:39:30） Matlaser

折射率n，通光长度为l的介质变换矩阵写法

第二十四讲、其它谐振腔的分析 板条激光器谐振腔 直角棱镜腔 任意元件的分析 MatLaser激光谐振腔设计 第二十四讲、其它谐振腔的分析 板条激光器谐振腔 http://www.rp-photonics.com/slab_lasers.html Partially end-pumped Nd:YAG slab laser with a hybrid resonator 直角棱镜腔 任意元件的分析 Matlaser

直角棱镜腔

MatLaser激光谐振腔设计 第二十五讲、谐振腔数据库的使用 MatLaser数据库MatLaserDB Matlaser