給出了離軸抽運(yùn)固體激光器多模速率方程組在閾值附近的小信號(hào)求解方法,用這種方法研究了模式隨離軸量的變化以及厄米-高斯模的競(jìng)爭(zhēng)行為.抽運(yùn)光斑較小時(shí),離軸量增加高階模式依次出現(xiàn);抽運(yùn)光斑較大時(shí),模式變化呈現(xiàn)復(fù)雜性.用小信號(hào)近似得到的模式光子數(shù)比例與較高抽運(yùn)功率下數(shù)值求解速率方程組的結(jié)果接近,表明可以用該方法估算實(shí)際較高功率激光器的模式分布,這可以方便這類激光器的研究.對(duì)離軸抽運(yùn)下的多厄米-高斯模激光器,閾值附近的模競(jìng)爭(zhēng)體現(xiàn)為,隨著抽運(yùn)功率的增加,第一個(gè)凈增益由負(fù)變正的模式,光子數(shù)隨即開(kāi)始增加,增加趨勢(shì)接近線性.而第二個(gè)凈增益由負(fù)變正的模式,光子數(shù)并不立即開(kāi)始增加,而要等到抽運(yùn)功率進(jìn)一步增加后才開(kāi)始增加,其開(kāi)始增加后第一個(gè)模式的增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩.從動(dòng)態(tài)過(guò)程看,各個(gè)模式經(jīng)過(guò)交叉尖峰和交叉弛豫振蕩競(jìng)爭(zhēng)后,逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài).實(shí)驗(yàn)獲得了HG₀₀-HG₅₀模光束,實(shí)驗(yàn)所得到的模式分布與理論計(jì)算結(jié)果符合很好. 

【文章來(lái)源】：物理學(xué)報(bào). 2020,69(11)北大核心EISCICSCD

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【部分圖文】：

端面離軸抽運(yùn)固體激光器圖示

此時(shí)抽運(yùn)光與振蕩光的有效交疊變小,若抽運(yùn)功率繼續(xù)保持為0.25 W,計(jì)算發(fā)現(xiàn)離軸后各模式都不能達(dá)到閾值,因此將抽運(yùn)功率設(shè)定為0.5 W進(jìn)行計(jì)算.圖5是這種情況下,不同離軸量時(shí)的光斑.可以看出,在離軸量為0時(shí),仍然只有HG00模輸出;當(dāng)離軸量為0.05 mm時(shí),為HG00模和HG10模的疊加輸出;而當(dāng)離軸量為0.1 mm時(shí),變?yōu)镠G00,HG10和HG20三個(gè)模式的疊加輸出;當(dāng)離軸量增加到0.15 mm時(shí),HG00模不再出現(xiàn),變?yōu)镠G10,HG20和HG30三個(gè)模式的疊加;當(dāng)離軸量增加到0.175 mm時(shí),HG20模消失,模式數(shù)目變少,成為HG10和HG30兩個(gè)模式的疊加;當(dāng)離軸量繼續(xù)增加到0.2 mm時(shí),模式數(shù)目增加到四個(gè),成為HG10,HG20,HG30,HG40模的疊加;而當(dāng)離軸量進(jìn)一步增加到0.25 mm時(shí),疊加的四個(gè)模式變?yōu)镠G20,HG30,HG40和HG50模.可見(jiàn),當(dāng)抽運(yùn)光半徑與HG00模的半徑相等時(shí),隨著離軸量的增加,總有多個(gè)模式參與振蕩,整體上呈現(xiàn)低階模被抑制、高階模參與振蕩的趨勢(shì),但具體的演變過(guò)程又存在復(fù)雜性,并不是低級(jí)模消失、高階模出現(xiàn)這樣的簡(jiǎn)單變化.圖5 抽運(yùn)功率0.5 W、抽運(yùn)光半徑0.15 mm時(shí),8個(gè)離軸量下的光斑

圖4 凈增益隨抽運(yùn)功率的變化(a)0.08 mm;(b)0.155 mm圖6是多個(gè)模式參與振蕩時(shí),閾值附近各模式的光子數(shù)及光子數(shù)所占比例隨抽運(yùn)功率的變化,為便于分析,圖7給出了模式的凈增益隨抽運(yùn)功率的變化.圖6(a)和圖6(b)是離軸量為0.1 mm下,HG00,HG10和HG20模的光子數(shù)及其所占比例隨抽運(yùn)功率的變化,結(jié)合圖7(a)所示這種情況下凈增益的變化可以看出,HG00模的凈增益最大,隨著抽運(yùn)功率的增加,其最先由負(fù)變正,HG00模的光子數(shù)最先開(kāi)始增加,在其他模式光子數(shù)增加前,其接近線性趨勢(shì)增大.當(dāng)抽運(yùn)功率增大到0.24 W時(shí),HG10模的凈增益由負(fù)變正,但此時(shí)HG10模的光子數(shù)并未開(kāi)始增加.當(dāng)抽運(yùn)功率增大到0.25 W時(shí),HG20模的凈增益由負(fù)變正,但HG20模的光子數(shù)也并不開(kāi)始增加.直至抽運(yùn)功率增加到0.28 W時(shí),HG10模的光子數(shù)才開(kāi)始增加,到0.32 W時(shí),HG20模的光子數(shù)才開(kāi)始增加.隨著后面兩個(gè)模式的增加,HG00模的曲線出現(xiàn)拐點(diǎn),增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩;當(dāng)HG20模的光子數(shù)開(kāi)始增加后,HG10模的增長(zhǎng)趨勢(shì)也變緩.從三個(gè)模式光子數(shù)所占比例看,隨抽運(yùn)功率的增加,各自所占比例逐漸趨于穩(wěn)定.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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