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)，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(cè)佳窑。本文建立衰減縮束組件仿真模型制恍，通過有限元軟件COMSOL進(jìn)行仿真，研究當(dāng)借助衰減縮束組件測(cè)量大功率神凑、大孔徑的激光器的M2時(shí)净神，縮束衰減組件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
高功率激光器光束質(zhì)量測(cè)量的衰減縮束仿真研究（二）
衰減組件偏振特性對(duì)光束質(zhì)量因子的影響仿真
當(dāng)高功率激光按照一定角度入射到衰減組件中時(shí)鹃唯，光的偏振態(tài)會(huì)發(fā)生變化爱榕，這也會(huì)對(duì)M2的結(jié)果產(chǎn)生影響。仿真計(jì)算衰減組件偏振特性對(duì)光束質(zhì)量因子影響的流程圖如圖1所示坡慌。
圖1 偏轉(zhuǎn)特性仿真流程圖
首先根據(jù)光纖參數(shù)和波長(zhǎng)計(jì)算出光纖中的偏轉(zhuǎn)種類和數(shù)目黔酥，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)本征模的復(fù)振幅，可以通過改變x和y方向上的偏振光系數(shù)來實(shí)現(xiàn)s光和p光的切換洪橘。根據(jù)計(jì)算出的復(fù)振幅分布就可以計(jì)算出光強(qiáng)并zui終計(jì)算出不同偏振態(tài)下的M2跪者。圖2為不同偏轉(zhuǎn)態(tài)下仿真所得的到的M2。根據(jù)圖2可知單一偏振方向的M2和原始輸出光的M2不同熄求，且s光和p光的M2均小于原始輸出光渣玲。由此可知當(dāng)光束通過衰減組件時(shí)如果發(fā)生退偏現(xiàn)象，將會(huì)使zui終測(cè)量的M2偏小弟晚。
（c)原始輸出光的光束質(zhì)量
圖2 不同偏振態(tài)下的光束質(zhì)量因子
縮束組件設(shè)計(jì)原理與仿真
望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)是常見的激光縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)柜蜈，本文采用伽利略型望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，使用中心波長(zhǎng)為1064nm的單模光纖激光器指巡，示意圖如圖3所示。
圖3 縮束組件設(shè)計(jì)光路
在實(shí)際的測(cè)試過程中隶垮，鏡片的制造調(diào)試誤差會(huì)在系統(tǒng)中引入波前畸變藻雪，zui終影響M2的測(cè)量。為了驗(yàn)證波前畸變對(duì)M2的影響狸吞，根據(jù)圖4所示的流程圖進(jìn)行仿真勉耀。
圖4 仿真縮束組件波相差對(duì)激光M2的影響
圖5為0°視場(chǎng)下縮束組件的波前圖和各項(xiàng)系數(shù)，通過zemax分析可知當(dāng)入射波長(zhǎng)為1064nm時(shí)蹋偏，PV值為0.0039λ便斥，低于λ/10的設(shè)計(jì)要求。
圖5 0°視場(chǎng)下縮束組件波前圖
圖6為0°視場(chǎng)下縮束組件的激光M2曲線威始，根據(jù)該結(jié)果可知枢纠，當(dāng)視場(chǎng)為0°時(shí)，x方向的M2為1.0338黎棠，Y方向的M2為1.0340晋渺。而隨著視場(chǎng)角度的逐漸增大，x方向的傾斜項(xiàng)脓斩、慧差項(xiàng)木西、離焦項(xiàng)、像散項(xiàng)和球差項(xiàng)均增大随静，y方向的傾斜項(xiàng)和慧差項(xiàng)則保持不變八千，計(jì)算得到不同視場(chǎng)下的M2吗讶，結(jié)果如圖7所示。
圖6 0°視場(chǎng)下縮束組件的激光M2
圖7不同視場(chǎng)下的M2
可以明顯看到隨著視場(chǎng)角度的逐漸變大恋捆，水平方向的MX2和豎直方向的My2均出現(xiàn)了不同程度的惡化照皆。當(dāng)視場(chǎng)從0°增加到7.2°時(shí)，M2從1.0330變?yōu)?.0855鸠信，增加了5%纵寝。由此可知，在后續(xù)縮束組件的安裝過程中要保證入射光與縮束組件光軸的夾角小于7.2°星立，否則對(duì)M2的影響較大爽茴。
綜上可知入射光與縮束組件中心光軸夾角視場(chǎng)小于 7°時(shí)和熱致像差的PV值小于 82 nm時(shí)，其 對(duì)M2的影響小于5%绰垂，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)光束通過衰減組件時(shí)室奏，若發(fā)生退偏，將導(dǎo)致光束質(zhì)量測(cè)量結(jié)果偏小劲装。
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