异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束

运用光线追迹的方法,讨论了异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束的效率.数值模拟结果表明,异轴双半圆柱透镜可用于准直半导体激光光束,在最佳准直时,透镜材料的折射率允许高于2;当折射率在一定的范围内变化时,其准直效率随折射率的增大而提高.理论上可以将半导体激光器输出光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级以下.     

高功率叠阵二极管激光器光束整形

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况,利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性,得出了快轴准直输出发散角约5°时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点,设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统,该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成,把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上,并且在慢轴耦合透镜的成像面附近,得到了7mm×8mm的泵浦光斑,光强不均匀性约10%,输出效率达到85%。     

半导体激光器堆栈填充因子对慢轴光束准直的影响

为实现基于微透镜阵列的高功率半导体激光器堆栈光束整形,对带有快轴准直透镜的高功率半导体激光器堆栈慢轴光束准直技术进行研究。在慢轴光束准直理论分析基础上,着重研究了慢轴填充因子对其光束准直的影响,并对不同填充因子的半导体激光器慢轴光束准直方案进行了分析。针对实际使用的填充因子0.5的高功率半导体激光器堆栈采用以Bar条为单元进行整体准直设计,并采用基于空间扫描法的发散角测试装置对慢轴准直后剩余发散角进行测试,实现准直后剩余发散角半角2.12°,实验表明该准直方法的有效性。     

柱透镜和弯月透镜实现半导体激光器光束整形

针对半导体激光器的发光特点,设计了半导体激光器的光束整形系统。首先采用柱透镜准直和偏转沿Y轴发散的光束;然后再采用望远系统对X轴发散的光束进行准直和扩束;最后采用弯月透镜对发射光束压缩,实现半导体激光器的光束整形,降低光束发散角,提高光束质量。利用ZEMAX软件模拟系统,结果表明,整形后输出光束沿X轴和Y轴的发散角变为4.922mrad,输出光斑直径为1.2707mm,整形系统总长度为65.6618mm,各元件的最大直径为20.52mm,输出光束质量和系统结构都优于同类产品。     

大气激光通信用直锥形光纤发射天线

 提出采用直锥形光纤作为大气激光通信的发射天线,将多模光纤输出的部分相干发散光束变换为准平行光束的方案,既能得到发散角很小的部分相干激光光束,又能保证激光器输出能量的完全传输。采用光线追迹法分析了任意光束从锥形光纤小端面输入、大端面输出的发散角。结果表明,当直锥形光纤长度大于某一特定值时,从小端面输入的入射角小于数值孔径角的所有光线理论上都可以变换为出射角度小于光纤半锥角的光线,因此直锥形光纤可以作为部分相干光源的准直透镜,代替传统的凸透镜,用于改善光束的发散角。对远场光斑进行了数值模拟和实验研究,结果显示：直锥形光纤透镜对朗伯光源的准直光束比传统凸透镜的准直光束发散角小,光斑半径小且均匀性好,证明用此方法可以得到低发散、低空间相干性的光斑。     

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。     

LD激光束准直整形模块的研制

SDL-5400型号GaAlAs LD激光器产生的是单模高斯光束,在相互垂直方向上光束发散角不相等,且存在像散。为得到共腰的圆形光斑,由复参数q和ABCD定律,设计出两相互垂直的柱面透镜和棱镜对准直整形模块,通过CCD标定方法,得到经准直整形后的LD激光束在弧矢方向上的远场发散角为0.53mrad,子午方向为0.64mrad。     

用于周向探测的均匀配光非球面柱透镜设计

针对周向探测系统对探测激光光束发散角大小和能量均匀分布的要求,提出了一种基于非球面柱透镜阵列的分区探测方案。探测系统光源为快轴准直的半导体激光器阵列,激光慢轴由非球面柱透镜阵列进行配光。提出了平行光线光源近似方法来简化复杂的高斯光束相关计算,并最终得到非球面曲线方程。应用上述方程确定的非球面柱透镜阵列,得到发散角可调且功率密度关于弧矢面平面角均匀分布的出射光束,均匀度可达98.64%。为减小光学系统公差的影响,设计了波浪型结构透镜阵列。通过误差分析可知:透镜材料的折射率误差只影响发散角的大小而不影响配光的均匀性;波浪型透镜阵列替代传统柱透镜阵列,避免了相邻透镜之间的楔形结构,减小了制造难度和制造误差;线光源长度与透镜周期对应,使得装配时透镜偏心和倾斜产生的公差影响减弱。     

基于光斑形状光束快速自动准直算法

为满足高功率激光装置光路自动准直系统的高精度要求,提出一种光束非垂直过孔状态下椭圆光斑的光斑差值快速调节法,并引入局部自适应阈值二值化算法提高准直图像的定位精度.当椭圆光斑长短轴差值较大时,利用基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法,求出椭圆光斑长短轴的轴长,通过远场反射镜调节长短轴轴长差值以调节光斑形状,直到获得规则的圆形光斑.分析了圆光斑中心与基准位置的偏差值,将差值转为闭环控制的步进电机调整步数,实现了高功率激光装置光束的快速自准直.该算法应用在某高功率激光装置光路自动准直系统中,结果表明,远场指向精度优于0.033″,优于目前高功率激光准直系统准直效果,提高了激光光束的指向性精度.     

利用外腔改善半导体激光器列阵的远场特性

采用一个由快轴准直透镜和一个高反射率平面镜组成的简单外腔,在腔长为几个cm时实现了半导体激光器列阵中部分单元的锁相运行;DLA远场出现了3个瓣,每瓣发散角为10 mrad左右,对比度为50%;通过控制部分单元的输出,可以抑制旁瓣的能量.     

半导体激光器波长稳定系统的反馈效率

反射式体布拉格光栅(VBG)是改善半导体激光器(DL)输出光谱特性的首选器件。对快轴准直透镜(FAC)的非球面方程进行了数值拟合,采用光线追迹的方法建立了DL波长稳定系统反馈效率的计算模型,分析了FAC透镜、反射式VBG的空间位置和旋转角度变化对DL波长稳定系统反馈效率的影响,给出了波长稳定系统中FAC和反射式VBG的装调容差范围。分析结果表明:反射式VBG的空间位置偏差对反馈效率影响不大,但FAC透镜的空间位置和旋转角度偏差、反射式VBG的旋转角度偏差会造成反馈效率的急剧下降。     

大功率二极管激光线阵的“smile”测量方法

 二极管激光线阵封装中产生的“smile”现象对激光器的激射特性、寿命、光束质量等都会产生较大的影响。采用高分辨率CCD、快轴准直透镜及柱面透镜组成的单轴放大系统对激光线阵发光单元成像及基于光斑强度求质心的算法实现了二极管激光线阵“smile”的测量。实验结果表明：在阈值电流附近,采用In焊料焊接的器件“smile”小于2 μm,讨论了快轴准直透镜、CCD等对实验结果的影响。     

高功率高效率光纤耦合半导体激光模块研制

采用光束整形和空间合束的方法,研制出高功率、高效率多阵列光纤耦合半导体激光模块。将波长为976nm连续工作的5个标准半导体阵列,通过对快轴进行准直和快慢轴光束旋转的方式进行光束整形,准直后进行空间合束,经耦合透镜聚焦,耦合入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤。测量结果显示:光纤的出光功率最大可达到327 W,光纤耦合效率大于93.6%。     

半导体激光系统的特殊设计

根据半导体激光器远场光束呈椭圆斑,输出功率、光谱特性、寿命、温度以及输出具有偏振性等光学特性,本文讨论了半导体激光系统的特殊设计问题。着重研讨半导体激光器输出功率的稳定,椭圆光束的准直和整圆等。     

半导体激光器远轴光束的准直特性研究

对半导体激光器光束准直场的研究具有重要的意义,半导体激光器的远轴模型能精确描述其发出的光束。根据瑞利索末菲衍射公式,利用稳相法得出了半导体激光器远轴光束经过透镜准直后的场分布解析表达式。根据该表达式可以得出如下结论:准直后光束在两个方向上的光斑大小与透镜焦距成正比,且与传输距离无关,沿轴光强与波导尺寸参量和准直透镜焦距有关,且与透镜焦距成平方反比关系,在传输距离较短的情况下,准直光场相位分布近似为球面,传输距离较长时,光场相位近似为平面.这些结论在工程应用中具有重要的价值。     

体布拉格光栅外腔半导体激光器的光栅旋转角度容差

采用步进电机控制光栅角度,对200 m和600 m圆柱透镜准直的体布拉格光栅（VBG）外腔单管C封装半导体激光器进行了系统研究。实验结果表明:激光二极管（LD）驱动电流越大,准直效果越好,VBG的角度调整容差越小;快轴方向的准直效果越好,慢轴方向的光栅调节角度容差越大;对于衍射效率28%、厚1.4 mm的光栅,LD快轴发散角为7.3 mrad时,快轴方向的角度容差不大于3.2 mrad,慢轴方向的角度容差较快轴大约一个数量级。     

Fiber Optic Coupling of CW Linear Laser Diode Array

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

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.     

200W级高亮度半导体激光器光纤耦合模块

光纤激光器系统需要高可靠性、高亮度、高功率光纤耦合输出二极管激光器模块作为泵浦源。基于mini-bar二极管激光器芯片,采用光束精密准直技术、自由空间合束技术来获得高亮度、高功率光纤耦合输出,针对光纤芯径为200μm、数值孔径为0.22的多模光纤,开展了线偏振二极管激光光纤耦合实验,实验结果表明:光纤稳定输出功率达280 W,对应亮度为5.87 MW/(cm2·sr),电-光效率为45.0%。采用偏振合束技术,光纤预期输出功率可达500 W,对应亮度超过10 MW/(cm2·sr)。该方法可应用于研制数百瓦级高亮度二极管激光光纤耦合输出激光器模块。