双光栅实现半导体激光阵列波长组束

在波长光束组合基础上,用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜,可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化,明显地克服相邻发光单元的反馈串扰,实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列,连续输出激光功率44.8 W,电光转换效率最高38.9%,光谱线宽为4.1nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7,快轴方向光束质量因子为1.37,快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。     

半导体泵浦铷蒸气激光器出光实验

针对中心波长780 nm的商用连续波半导体激光器,使用斩波器将连续激光变为脉冲输出形式,用2400 line/mm的平面全息光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.2 nm以下。采用透镜组对线宽压窄后的半导体激光进行光束整形,半导体激光经线宽压窄和光束整形后,经透镜聚焦进长约8 mm的铷蒸气泡进行半导体泵浦碱金属激光实验。首次出光得到17.5 mW的基模线偏振铷激光;在最新的改进实验中,半导体泵浦铷激光输出功率已达到2.8 W。     

体布拉格光栅外腔实现激光二极管阵列同相模输出

 采用体布拉格光栅作为商用二极管激光阵列外腔,通过将每个单元发出的光反馈回相邻单元实现了外腔锁相。采用这种方法对发光单元宽度为100 μm、周期为200 μm,由49个单元构成的二极管阵列进行了外腔锁相实验,在远场获得了高光束质量、窄带宽的稳定输出。二极管激光阵列自由运转下功率为15 W,经外腔锁相后输出功率为3.67 W,对应光束远场发散角1.47 mrad, 光谱的峰值半宽由1.7 nm压窄到0.17 nm。     

采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量

 基于多波长光束组合技术，利用光栅的衍射和外腔的反馈，将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上，相邻单元的出射光波长有微小的差异。从外腔耦合镜输出近似平行的光束，其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。实验中采用发光单元宽度为100 μm、填充因子为0.5、由49个单元构成的1 cm 阵列获得功率为2.39 W的输出光束，其光谱宽度为27 nm，远场光斑的直径为0.08 mm，对应的远场发散角为1.2 mrad，其光束质量因子约为28，与单个发光单元的光束质量相当。     

光谱组束半导体激光阵列的多谱线频率变换

通过对半导体激光阵列进行光谱组束,使阵列中各个发光单元的光束重叠,同时锁定在不同的波长上;将组束后的光束进行频率变换,组束的各个光束同时满足非线性频率变换中的和频条件,产生和频的蓝光输出。光谱组束半导体激光阵列增加了参与非线性频率变换半导体激光发光单元的个数,有利于提高整体频率变换的输出功率。实验采用标准的半导体激光阵列,组束后连续输出功率为18.2 W,非线性频率变换产生的蓝光的输出功率为93mW,光-光转换效率约为0.51%。实验证明了光谱组束半导体激光阵列多谱线频率变换的可行性。     

808 nm激光二极管阵列波长光束组合20 W输出

 基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将激光二极管阵列(LDA)发光单元锁定在不同的波长上,以近似平行光束沿光栅的-1级衍射方向组合输出,改善LDA输出光束质量。实验采用发光单元宽度为100 μm、周期为500 μm,由19个单元构成的1 cm普通商用LDA,在连续运行最大注入电流60.6 A时,自由运转输出功率49.8 W时,获得功率为20.1 W的组合光束稳定输出,其光谱宽度为15 nm,对应的远场发散角由约70 mrad变为1.66 mrad,改善后光束质量因子约为32,其值与单个发光单元的光束质量相当。     

半导体激光光栅外腔光谱合束压窄光谱的理论研究

介绍了一种减少半导体激光器阵列光栅外腔光谱合束(SBC)整体光谱展宽的方法,通过加入一组变形棱镜对传统光谱合束结构进行了改善。变形棱镜的作用实现减小半导体激光线阵输出光斑宽度,减小入射到光栅上的入射角度进而减小整体的光谱线宽。采用发光单元宽度为100 m、周期为500 m、由19个发光单元组成的常规CM-Bar条进行光栅-外腔光谱合束技术的理论推导及软件模拟,得到了光谱线宽为3.2 nm。与通过增大柱透镜焦距来减小光谱线宽的方法相比,此方法的优势是保证了整体光谱合束的整体结构在500 mm以内,使得各个发光单元有足够反馈量,抑制光束间串扰,保证合束后的光束质量和效率。     

基于F-P标准具的固体激光可调线宽控制技术

钠导星激光研制需激光线宽在一定范围内可调节。开展了F-P标准具压窄线宽数值模拟,设计一台高光束质量基横模线偏振激光输出全固态1064 nm激光器作为实验装置,结合激光器输出光谱特性进行计算。根据计算结果采用不同规格的单标准具、组合双标准具实现了激光线宽在0.75 ~2.83 GHz范围内的离散调节控制。在标准具未控温情况下,不同线宽时激光中心波长保持1064.58 nm,30 min内波长漂移量小于3 pm。     

Talbot外腔压窄线阵大功率半导体激光器输出谱宽

线阵半导体激光器（LDA）内部发光元周期排列,基于Talbot效应,改进传统Littrow外腔窄线宽系统,在Littrow外腔中置入反射率为20%平平镜构成Talbot外腔以进一步窄化激光器输出谱宽,并将外腔窄线宽输出通过铷池进行吸收实验。实验结果表明:铷池对Tablot外腔输出吸收系数比Littrow外腔吸收系数相对提高42.9%,说明Talbot外腔能有效提高外腔输出谱宽的均匀性,提高半导体激光器泵浦效率。     

强反馈光纤光栅外腔半导体激光器

在理论上对强外腔反馈情形的半导体激光器线宽压窄效应进行了分析，对消反膜剩余反射率，外腔反射率，外腔腔长对线宽压缩的影响进行了研究，在实验上采用光纤光栅作为反馈元件，与一端镀有消反膜的１．５μｍ波段的常规多纵模交导体激光器耦合，构成强反馈光纤光栅外腔半导体激光器，得到单频窄线宽的激光输出，静态下边模抑制比大于３０ｄＢ，线宽小于１２０ｋＨｚ。     

Spectrally narrowed external-cavity high-power stack of laser diode arrays

We describe an effective external cavity for narrowing the spectral linewidth of a multiarray stack of laser diode arrays. For a commercially available 279-W free-running five-array laser diode array operating at 60 A, we narrow the spectral linewidth to 0.40 nm at FWHM with 115 W of cw power output. This technique leads to the possibility of higher-efficiency, lower-cost production of hyperpolarized noble gases for magnetic resonance imaging.     

碱蒸气激光半导体泵浦源谱宽压窄

 笑脸效应严重制约大功率半导体激光器输出谱宽压窄。为避免笑脸效应,以中心波长780 nm单宽面源大功率半导体激光器为研究对象,利用利特曼外腔结构,优化外腔参数,在激光器自由运转19 W时,获得11.5 W、外腔效率达61%的窄线宽输出。将窄线宽输出激光通过长25 cm, 80 kPa乙烷、110 ℃的铷池,96.7%的泵浦光被吸收,通过与理论模型对比,推断半导体激光器的输出谱宽为15 GHz(0.03 nm)。     

Spectral beam combining of a broad-stripe diode laser array in an external cavity

The outputs from an 11-element, linear diode laser array with broad stripes have been beam combined into a single beam with a beam quality of ~20x diffraction limited in the plane of the junction. This beam combining was achieved by use of a common external cavity containing a grating, which simultaneously forces each array element to operate at a different, but controlled, wavelength and forces the beams from all the elements to overlap and propagate in the same direction. The power in the combined beam was 50% of the output from the bare laser array.     

A smile insensitive method for spectral linewidth narrowing on high power laser diode arrays

To eliminate the smile effect in spectral linewidth narrowing on high power laser diode arrays, we have introduced a plane reflective mirror into a common Littrow configuration external cavity to enhance the correlation among emitters. By this way, we obtained uniform spectral distribution among emitters of a 64-elements laser diode array with 35 GHz linewidth and 41 W output laser power.     

Line-Width Reduction of a Laser Diode Array Using an External Cavity with Two Feedback Mirrors

A novel Littman-Metcalf external cavity laser diode array with two feedback mirrors is introduced. The linewidth broadening effect caused by smile can be reduced by the novel external cavity. At the drive current of 16A, the line-width is narrowed to 0.1 nm from free-running width of 1.6 nm with output efficiency of 84%.