张雨秋 黄良金 常琦 安毅 马鹏飞 冷进勇 周朴

(国防科技大学前沿交叉学科学院, 长沙 410073)

(2021 年2 月6 日收到; 2021 年6 月3 日收到修改稿)

1 引 言

光纤激光器具有阈值低、效率高、结构紧凑、免维护等优点, 在光纤通信、传感、工业加工、国防等多个领域中有着巨大的应用潜力[1-4]. 随着光纤制备、半导体激光器[5]等相关技术的快速发展, 光纤激光器的输出功率日益增长[6-8]. 光束质量是高能激光系统的重要性能指标, 因此在追求更高的输出功率的同时, 研究人员也在不断探寻光束质量的评价方法.

目前为止, 针对不同的应用, 人们对光束质量提出了多种定义, 主要包括: 聚焦光斑尺寸、斯特列尔比、远场发散角、衍射极限倍数β因子、桶中功率 (能量)、光束参数乘积、光束传输因子和M2因子[9-13]. 其中,M2因子同时考虑了近场和远场的光场分布特性, 避免了只使用远场半径或者远场发散角给光束质量的测量带来的不确定性, 被国际标准化组织(ISO)推荐为评价光束质量的重要标准[14], 目前大多数光纤激光光束质量的评价采用了M2因子[15-20], 且已有通用测量设备[21]. 但是,当激光光斑呈现非高斯分布时,M2因子并不能准确地反映光束质量的优劣[22]. 如在高能激光束能量输运和激光工业制造等应用场合中, 人们更关注实际光束的远场集中度(即光束可聚焦能力)[10]. 在此类情形中, 衍射极限倍数β因子常作为光束质量的评价标准[23-28]. 一方面,β因子能反映光束的能量传输效率和可聚焦能力, 且比M2因子更……