光束質(zhì)量因子M2是表征高功率激光器橫模特性的主要參數(shù)猾骡，目前光束分析儀受制于芯片材料無法做到大口徑和高功率激光器的檢測瑞躺。本文建立衰減縮束組件仿真模型敷搪，通過有限元軟件COMSOL進行仿真，研究當(dāng)借助衰減縮束組件測量大功率幢哨、大孔徑的激光器的M2時赡勘，縮束衰減組件對測試結(jié)果的影響
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高功率激光器光束質(zhì)量測量的衰減縮束仿真研究（一）
高功率激光器是近年來重點發(fā)展核心部件闸与，而光束質(zhì)量因子M2則是表征高功率激光器橫模特性的主要參數(shù)。分析光束質(zhì)量有利于探索高功率激光的模場變化機理岸售，從而更好地設(shè)計和制造激光裝置践樱；掌握上述參數(shù)還有助于評估激光近場和遠(yuǎn)場特性的動態(tài)變化，對激光模場進行控制和利用凸丸，從而改善激光的近場或遠(yuǎn)場特性拷邢。
目前光束質(zhì)量的測量大多依靠光束分析儀進行測量，但是隨著激光功率和輸出孔徑的逐漸增加屎慢，目前常用的以硅基作為探測芯片的光束分析儀顯然難以滿足瞭稼，需要對原有激光進行處理，這就有必要研制高功率光束質(zhì)量測量中的衰減縮束組件抛人。本文建立衰減縮束組件模型并進行仿真分析弛姜，研究高功率激光照射下其波相差對M2的影響。
M2的表達(dá)公式如式（1）所示妖枚，原理圖如圖（1）所示廷臼，其原理為，基于光強二階矩定義計算出激光的束寬绝页，再利用雙曲線擬合法計算激光束腰寬度和遠(yuǎn)場發(fā)散角荠商，從而計算出激光的M2。
圖1 光束質(zhì)量測量原理示意圖
衰減組件熱致相差對光束質(zhì)量因子的影響仿真
要測量高功率激光光束質(zhì)量续誉，需要將激光功率衰減至微瓦量級莱没，衰減光學(xué)元器件在強激光作用下會產(chǎn)生熱形變，引發(fā)激光熱致像差酷鸦，zui終影響M2的測量饰躲。本文通過COMSOL軟件對激光熱致形變進行仿真，并將產(chǎn)生的相差增加到激光復(fù)振幅上臼隔，以此研究出激光熱致像差對激光光束質(zhì)量因子M2的影響嘹裂。
仿真參數(shù)和結(jié)果分別如表1和圖2所示，其中激光波長為1080nm摔握，光斑半徑為24.3mm寄狼，激光模式為單模，環(huán)境溫度為20℃氨淌，光學(xué)器件材料為熔石英玻璃泊愧。
表1 熔石英玻璃參數(shù)
圖2 熔石英玻璃在3KW功率下的熱形變分布
根據(jù)圖2可知鏡片在中心位置形變Max伊磺，往兩側(cè)逐漸減小，在300 S時中心Max形變?yōu)?6.3nm删咱。將圖2的數(shù)據(jù)根據(jù)圖3的流程帶入計算可得圖4所示結(jié)果屑埋。由圖4可知當(dāng)熱致像差從0變?yōu)?2nm時，M2從1變?yōu)?.05腋腮，而當(dāng)這個值改為131nm時雀彼，M2則變?yōu)?.1。
圖3 仿真熱致形變對激光光束質(zhì)量變化的流程圖
圖4 激光熱致像差對激光光束質(zhì)量的影響
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