张彤,陈琳,王智勇

• 1:北京工业大学物理与光电工程学院

摘要(Abstract)：

激光器是物理实验常用仪器，通常认为激光光束为高斯光束，高斯光束的性质是光学课程的重要内容之一。当前，相干合成技术已成为获得更高亮度激光输出的有效技术方案，亦是国内外研究热点。然而，相干阵列激光是激光光束相干叠加后衍射传输的结果，不再满足高斯传输方程。本文应用Matlab软件编程，采用虚拟仿真实验对相干阵列激光光束及其传输进行精确仿真和可视化。通过分别建立正方形、六边形以及有心正方形排布的激光阵列相干合成模型，展示了多光束激光相干叠加时，由近场干涉光场演化至远场多旁瓣衍射光场的动力学过程，并分析了排布方式与填充因子对其远场分布，特别是能量集中度的影响，从而可以帮助学生形象直观地感受与理解相干阵列激光这一光学前沿知识，同时加深光学基础知识的理解。本文的结果可形成对课堂教学的巩固与有益补充，对促进教研融合、拓展光学教学和激发学生兴趣具有一定的意义。

关键词(KeyWords)： 相干叠加;相干阵列激光;激光物理;Matlab仿真

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(52105423);; 北京市教育委员会科学研究计划项目资助(KM202210005004)

作者(Author): 张彤,陈琳,王智勇

参考文献(References)：

• [1] 许晓军.高能激光六十年：回顾与展望[J].强激光与粒子束，2020,32(1):30-34.XU X J.Retrospect and prospect on 60-year development of high energy laser[J].High Power Laser and Particle Beams,2020,32(1):30-34.(in Chinese)
• [2] ZUO J,LIN X.High-power laser systems[J].Laser & Photonics Reviews,2022,16(5):2100741.
• [3] ZEDIKER M,ZUCKER E.High-power diode laser technology XX:A retrospective on 20 years of progress[M].SPIE,2022.
• [4] 尚建力，王君涛，彭万敬，等.二极管泵浦高能激光研究进展和展望[J].强激光与粒子束，2022,34(1):100-118.SHANG J L,WANG J T,PENG W J,et al.Research progress and prospects of laser diode pumped high-energy laser[J].High Power Laser and Particle Beams,2022,34(1):011007.(in Chinese)
• [5] 周朴，粟荣涛，马阎星，等.激光相干合成的研究进展：2011—2020[J].中国激光，2021,48(4):31-58.ZHOU P,SU R T,MA Y X,et al.Review of coherent laser beam combining research progress in the past decade[J].Chinese Journal of Lasers,2021,48(4):31-58.(in Chinese)
• [6] LIU Z,JIN X,SU R,et al.Development status of high power fiber lasers and their coherent beam combination[J].Science China Information Sciences,2019,62(4):41301.
• [7] KOPP V I,PARK J,SINGER J,et al.Lasing modes in a monolithic talbot cavity[J].J Light Technol,2021,39(14):4752-4757.
• [8] WEN C,LI W,DAI J,et al.Study on supermode control of external cavity VCSEL array with parallel-coupled model[J].Photonics,2023,10(2):115.
• [9] ZHANG T,DAI J,WANG Z,et al.Supermode analysis of two-dimensional coupled coherent laser arrays based on block tridiagonal matrix[J].Optics Communications,2023(537):129297.
• [10] 周炳坤，高以智，陈倜嵘，等.激光原理[M].7版.北京：国防工业出版社，2014.ZHOU B K,GAO Y Z,CHEN T R,et al.The principle of laser[M].7th ed.Beijing:National Defense Industry Press,2014.
• [11] 李尉，温丛阳，代京京，等.相干阵激光光束普适性传输因子的研究[J].光电技术应用，2021,36(4):28-32.LI W,WEN C Y,DAI J J,et al.Research on beam universality transfer factor of coherent array laser[J].Electro-Optic Technology Application,2021,36(4):28-32.(in Chinese)
• [12] 朱林伟，洪正平，国承山.二维阵列光场衍射自成像效应的倒格矢分析[J].光子学报，2008(5):977-982.ZHU L W,HONG Z P,GUO C S.Reciprocal vector theory for analysis of the self-imaging of two dimensional periodic objects[J].Acta Photonica Sinica,2008(5):977-982.(in Chinese)