阵列半导体激光器的光束参数测量与光纤耦合

采用ISO推荐的方法测量了发光面为 1μm× 15 0 μm的阵列半导体激光器的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度 ,并根据测量结果计算了光束传输因子 (M2 因子 )。以此为基础 ,研究了半导体激光器光束的快轴准直以及光纤耦合技术 ,采用微柱面透镜准直后 ,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到 0 .48°。设计了光纤耦合光学系统 ,与 10 0 μm光纤耦合时的耦合效率为 71.0 % ,与 2 0 0 μm光纤耦合时的效率为 83.4%。     

侧面泵浦高功率双包层光纤激光器的表面弧形金属槽结构的制作和分析

侧面耦合高功率泵浦光技术是获得高功率稀土光纤激光器的关键技术之一。介绍了一种用于侧面泵浦高功率双包层光纤激光器的表面弧形金属槽结构的制作工艺,并且针对已经实验制作出来的表面连续弧形金属凹槽的侧面耦合结构进行了严格的矢量电磁场理论计算,将120°弧形凹槽等效近似为多层等高不等宽的矩形槽并运用透射矩阵算法对这种近似后的多层矩形结构进行优化设计。这种结构可以用于大功率激光二极管阵列的侧面泵浦中,尤其可用于条形半导体激光器侧面泵浦双包层掺杂光纤,以制作各种大功率稀土光纤激光器。     

大功率激光器的小型化研究

介绍了利用半导体激光二极管泵浦Nd :YAG固体激光器来实现激光器小型化的设计原理。重点说明了半导体激光二极管泵浦Nd :YAG固体激光器的基本原理和不同的结构形式。     

非对称补偿条形复合腔半导体激光器列阵

本文描述了一种新结构半导体激光器阵列——非对称补偿条形复合腔半导体激光器阵列.这种列阵是由7个或9个非对称半腔长交叉错开的条形电极形成7个或9个复合腔结构,光束在腔中以交叉的方式耦合.从该结构列阵得到了直到1.6I_(th)、发散角仅为3～4°的单瓣远场图样.     

一种改进的激光二极管纵向泵浦固体激光器的腔模设计方法

以空间相关的速率方程理论为基础，提出了一种改进的激光二极管纵向泵浦固体激光器的设计方法，给出了在一定泵浦耦合方式下，激光腔模尺寸和输出耦合率最佳值的选取依据，以采用不同耦合系统的端面泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ激光器设计实例，相应的实验结果与有理论计算符合得较好。     

大电流恒功率放电技术在大功率DPL中的应用

针对大功率激光二极管泵浦固体激光器(DPL)对大功率驱动电源的特殊要求,设计了一种大电流恒功率放电及驱动控制电路。将该电路与现有的充电和过流保护电路组成一套完整的激光二极管阵列驱动电源,并应用于基于大功率激光二极管阵列的DPL系统中。该驱动电源可为DPL系统提供频率为20 Hz,脉冲宽度为230 s,200 A以上的驱动电流,这将对多种以DPL为基础的激光武器系统产生重要的实际应用价值。     

用于种子注入的微型二极管泵浦激光器

设计了一种用于种子注入的微型二极管泵浦激光器,并从LD泵浦固体激光器优化设计原则出发,对种子激光器的增益介质、耦合系统、谐振腔进行了优化设计.实验研究表明,该激光器运转稳定,输出光束质量高,光束发散角小,输出功率可达80 mW,可满足种子激光的要求.     

高温LDAs侧面脉冲泵浦Nd:YAG激光器

设计了一台紧凑型高温激光二极管阵列侧面泵浦Nd:YAG脉冲激光器。通过半导体制冷器控制泵浦源工作温度在60℃,其发射中心波长为808 nm,谱线宽度为4 nm。模拟了泵浦源在40℃、50℃和60℃条件下60 s内的温度场分布。实验所用激光增益介质为Nd:YAG晶体,尺寸为φ5 mm×50 mm,掺Nd3+摩尔浓度为1.0at.%。采用磷酸二氘钾晶体作为电光调Q开关,在泵浦源电脉宽250μs,重复频率20 Hz、1 Hz条件下,获得最大能量为230 mJ、246 mJ的单脉冲输出,对应的脉冲宽度分别为8.4 ns、7.8ns。光束发散角约为1.6 mrad。设计的Nd:YAG脉冲激光器总的电-光转换效率大于4.6%。     

200 mJ半导体端面泵浦MOPA激光器研究

采用高功率激光二极管阵列(LDA)端面泵浦Nd:YAG激光棒方式, 结合凸凹非稳腔的设计，获得20 Hz运转条件下小束散角激光输出平均能量约为83 mJ。以该激光为振荡源，同样采用LDA端面泵浦Nd:YAG激光棒的方式进行能量放大，组成LDA端面泵浦振荡-放大(MOPA)激光器，最终获得重频频率20 Hz、平均能量＞200 mJ、发散角＜2.1 mrad、能量波动＜±2.5%的脉冲激光输出。该激光器光光转换效率约为14.6%，体积为175×91×49 mm3，质量＜1 kg，激光经8倍发射天线后发散角＜0.3 mrad。     

高功率二极管列阵泵浦固体激光泵浦耦合优化设计

 高功率二极管阵列泵浦固体激光系统的核心在于泵浦耦合技术,泵浦耦合直接决定了系统的成本、增益能力、增益均匀性、泵浦引发动态波前畸变和泵浦引发动态光束漂移等关键问题。通过对用于高功率二极管列阵泵浦固体激光系统泵浦耦合优化设计的3维光线追迹方法的研究,从二极管发光远场属性出发,建立其理论计算模型,对高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器的一种新型耦合方式——二极管列阵拟球面排列、空心镀银导管耦合进行了优化设计,并开展了泵浦耦合效率、泵浦场均匀性、泵浦场传输性等实验研究,实现了72%耦合效率、5 mm内80%传输效率的均匀平顶泵浦耦合场输出,理论计算与实验结果符合较好。     

Improvement of the operation parameters for a Cr:LiSAF ultrashort-pulsed laser

The optimization of the pumping power that is focused on a gain medium inside an optical cavity is fundamental for increasing the efficiency of the power transferred inside a crystal, in this way increasing the output power of the laser. Nevertheless, in the case of pumping with a highly astigmatic laser diode, an undesirable form of the beam is focused on the cavity and the process to improve the cross section and sizes of the beam produce a notable reduction in the effective pump power ultimately focused in the crystal. The cavity design improvements for a Cr:LiSAF laser pumped with a 200 um × 1 um laser diode emission is presented for three different configurations, Z, V, and ring. The pump power is introduced in the cavity through a simple optical array, coupling more than 83% of the laser-diode power. The design requirements for the resonant cavity are reviewed in order to improve the coupling between the fundamental mode of the cavity and the cross-section form of the pumping beam. The stability limits of the cavities and Kerr sensitivity region are presented.     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

拟柱面激光二极管阵列端面泵浦方式提高固体激光器性能

就高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器提出一种新的耦合方式:激光二极管阵列拟柱面排布,即所有激光二极管面阵成1维圆弧型排列,圆弧的圆心在增益介质的几何中心,其后紧接一个空心导管进行耦合传输。建立了3维光线追迹程序对这种新耦合方式的特性进行模拟。模拟计算结果表明:这种耦合方式中二极管阵列排布方式灵活,当二极管阵列面阵单元以1×12(圆弧方向)、2×6(圆弧方向)、3×4(圆弧方向)这3种排布方式排布时,在较大的圆半径变化范围内均能实现高的输出耦合效率和高的能量沉积效率;当增益介质紧贴导管输出放置时,3种方式排列均能在增益介质中实现均匀平顶分布;当快轴方向所排阵列个数与慢轴方向所排阵列个数之比接近慢轴发散角与快轴发散角之比时,能获得更好的耦合效果。     

Wavefront reconstruction of high power laser diode array

A new method for the wavefront measurement of high power laser diode array with large dynamic ranges is presented. The wavefront sensor has a large dynamic range of −π/2 to π/2 and high precision on the measured wavefront slopes (±1′). According to the measurements of the slopes and intensity of the high power laser diode array, complex amplitudes can be obtained and the wavefront can be reconstructed. The reconstructed wavefront of high power laser diode array can be used in designing a laser beam shaping system in future work.     

Fiber Optic Coupling of CW Linear Laser Diode Array

Based on a set of microoptics the output radiation from a continuous wave (CW) linear laser diode array is coupled into a multi-mode optical fiber of 400 μm diameter.The CW linear laser diode array is a 1 cm laser diode bar with 19 stripes with 100 μm aperture spaced on 500 μm centers.The coupling system contains packaged laser diode bar,fast axis collimator,slow axis collimation array,beam transformation system and focusing system.The high brightness,high power density and single fiber output of a laser diode bar is achieved.The coupling efficiency is 65% and the power density is up to 1.03×104 W/cm2.     

Fiber Optic Coupling of CW Linear Laser Diode Array

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅａｒｒａｙ (ＬＤＡ )ｔｈａｔｈａｓｍｕｌｔｉｐｌｅｅｍｉｔｔｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓｉｓａｐｅｒｆｅｃｔｄｅｖｉｃｅｔｏａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈｅｒｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔｓｗｉｔｈａｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ.ＴｈｅｈｉｇｈＣＷ ｐｏｗｅｒ ,ｈｉｇｈｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓａｎｄｆｉｂｅｒｏｕｔｐｕｔｏｆａｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｂａｒｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｍｅｄｉｃｉｎｅ ,ｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ,ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｌａｓ…     

泵浦匀化对Innoslab激光放大器光束质量的改善

针对结构紧凑的部分端面泵浦混合腔板条激光放大器，研究了泵浦匀化对其输出激光光束质量的改善作用。基于ZEMAX仿真软件，设计并对比分析了直接成像和波导匀化后再成像两种泵浦耦合方式对激光二极管阵列慢轴（晶体宽度）方向光强分布均匀性的影响，发现波导匀化后泵浦均匀性得到明显提升且激光二极管阵列发光坏点对泵浦成像的影响得以弱化。进一步实验验证了泵浦匀化对Innoslab激光放大器性能的改善作用:波导匀化后慢轴方向泵浦均匀度从90.6%提高到95.4%，进而使3通放大后输出激光光束质量因子M2从2.41提升到1.55，并且有效抑制了多通放大腔内的自激振荡。     

808nm大功率半导体激光迭阵偏振耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的应用越来越多,单个迭阵输出的光功率密度已经不能满足实际的需求,这就需要将多个半导体激光迭阵的光束耦合成为一个共同的光束,以提高输出功率和亮度.所以采用怎样的光束耦合技术能实现高亮度、高质量的激光输出就成了一个关键性的问题.对于该技术的研究,国内还没有实验方面的报道.主要介绍了大功率半导体激光器偏振耦合原理、实验的技术路线,以及对808nm半导体激光迭阵进行耦合实验的结果及分析.对2个bar、功率为40W/bar的808nm连续半导体激光迭阵,实现偏振耦合的总效率超过90%,聚焦得直径为3mm光斑,输出功率达到134W,总体效率超过84%.对7个bar、峰值功率100W/ba、r占空比20%的808nm准连续半导体激光迭阵进行了偏振耦合,其效率达到67%,得到4.5mm×4.5mm的光斑.     

Optical activity of a cadmium diphosphide crystal

We have experimentally studied the characteristic features of a laser beam, polarized at angles of ± 45° to the horizontal (vertical), passing through plates of varying thickness cut from a CdP₂ crystal and placed between crossed polarizers, as a function of their angle of rotation relative to the vertical axis. We show that a periodic variation in the intensity is connected with the variation in polarization of the laser beam. We have established that the laser beam remains linearly polarized not only when it passes through the sample along the optic axis, but also when it travels at up to a 17.5° angle to the optic axis. In this case, the specific rotation of the plane of polarization along the optic axis is 68.2 degrees/mm for a thicker plate and 83.3 degrees/mm for a thin plate. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 73, No. 5, pp. 690–693, September–October, 2006.     

Laser diode integrated with a low radiation loss thickness-tapered beam expander for highly efficient fiber coupling

The optimal structure of a laser diode monolithically integrated with a thickness-tapered beam expander waveguide is demonstrated by analyzing the relationship between fiber coupling efficiencies and radiation losses. It is also found that mode conversion loss is lowered in a ridge waveguide structure than in a buried hetero structure under equivalent fiber coupling. A fabricated ridge waveguide device based on this design shows threshold current as low as 16 mA and narrow beam divergences of 13° and 12°.