激光器光学谐振腔高斯光束的仿真研究.pdfVIP

学兔兔 第2期 (总第1 53期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．2 2009年 4月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MATION Apr． 文章编号：1672—6413(2009)02—0053—03 激光器光学谐振腔高斯光束的仿真研究 丁爱玲，王洪福 (中北大学机械_T-程与自动化学院，山西 太原 030051) 摘要：谐振腔是激光器的核心部件．光学谐振腔理论的重点是高斯光束。应用Simulink对谐振腔高斯光束进 行了仿真，分析了仿真参数对仿真系统的影响，并指出了仿真系统的应用。 关键词：谐振腔；高斯光束；仿真 中图分类号：TP391．9 文献标识码：A 1 仿真系统创建 等相位面上( ， )点到轴线的距离；R( )为位面曲率 谐振腔是高功率横流CO。激光器的核心部件，谐 半径； ( )为相位因子；是为传播方向的波矢量， 为 振腔的温度决定了激光器中C0 气体能否发光以及 的函数。据式(1)只要给出谐振腔的R 、R：、 、 、 、 功率的稳定性、发光效率等关键性质。当激光器工作 Y、 7个参数，就可以确定腔内任何一点( ， ， )的光 时，阴极、阳极间放电激励Co。、N。、He组成的混合 场强度E。在Simulink中创建一个系统，如图1所示。 气体发光，发出的弱强度的光在谐振腔振荡形成高强 系统输入量有 7个，分别是z、 。、R 、R 、L、 度的激光，通过透镜输出。高功率横流CO 激光器谐 wavelength即波长。 振腔的仿真关系到电磁学、光学、流体力学、热学等， 2 仿真系统输入参数的确定 是一个庞大而复杂的工程。电磁学、光学是整个谐振 2．1 wavelength即 的确定 腔仿真的基础，其它关系都是基于此基础上的后续处 本系统中wavelength代表在光腔中传播的光的 理。本文主要讨论谐振腔内的电磁学、光学关系的仿 波长，要确定 ，先分析C0 的发光原理。根据电磁理 真。电磁学、光学的仿真是一个在计算机内再现谐振 论，所有的粒子在一定的条件下都会吸收或发出一定 腔内光场的过程 根据光学原理。]，谐振腔内的光场呈 频率的光。CO。激光器中的C0 分子在放电条件下， 高斯函数分布．本文就高斯分布应用Simulink软件实 电子在不同振动能级和转动能级之间发生跃迁。对于 现光场仿真。 C0。分子已发现有200条谱线的光，谱线波长的范围 Simulink是一个进行动态系统建模、仿真和综合 在9 m～18gm之间，其中最强的有两组：OO。1—10。0 分析的集成软件包。由于Simulink环境使用户摆脱了 和O0。1一O2。0。O0。1是激光上能级，10。0、02。0是激光 深奥数学推演的压力和繁琐编程的困扰．使本论文对 下能级，表1给出了C0。激光器有关能级的辐射寿命 高斯分布的仿真得以实现： 。 与能量的数据。CO。受激发产生5种主要波长的光，波 光学谐振腔理论的重点是高斯光束。由波动光学 长分另U是 10．6 m、9．6 m、1．6lt~ml、1．5 m、1．39t~m， 理论可以证明高斯光束既不是均匀的平面波，也不是 理论上 5种光都会在谐振腔内振荡，但振荡过程中不 均匀的球面波，而是一种结构比较特殊的高斯球面波。 可避免地有衍射损耗，当衍射损耗的效果