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。     

三种半导体阵列光谱组束结构的输出特性

基于光谱光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,并通过加入光束整形系统,将标准的半导体激光阵列的发光单元锁定在窄线宽的不同波长上,以近似平行光束沿组合方向输出,以实现半导体激光阵列输出光束质量的改善和线宽的压窄。实验中采用发光单元宽度100μm,周期500μm,由19个单元构成的标准阵列,分别对快、慢轴准直后光谱组束、光束整形后光谱组束和线宽压窄外腔组束进行了实验验证,实现了组合光束与单个发光单元近似的光束质量,同时得到了较窄的线宽输出,并对实验结果进行了分析。     

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。     

角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

 为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。     

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。     

基于组合模理论设计的激光二极管阵列外腔

针对激光二极管阵列提出了"组合模"概念,计算了组合模的远场分布.每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构.基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征,设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列.运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化.与自由运转的激光二极管阵列相比,离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍.在抽运电流为16 A时,测得输出激光的功率1.82 W,这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79%.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列,而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率,高光束质量输出的激光.     

基于组合模理论设计的激光二极管阵列外腔

针对激光二极管阵列提出了“组合模”慨念,计算了组合模的远场分布,每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构,基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征,设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列,运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化,与自由运转的激光二极管阵列相比,离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍,在抽运电流为16 A时,测得输出激光的功率1.82W,这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79％.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列,而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率,高光束质量输出的激光.     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

 使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型，推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关，而且与初始束腰宽度和波长之比有关；当截断参数趋近于0时，远场发散角趋于渐近值63.435°；对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例，计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果；功率密度的二阶矩方法可用于截断光束，并克服了光束质量因子的发散困难。     

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。     

改善高功率激光二极管阵列光束质量的一种新方法

根据波导模理论，推导了高功率激光二极管阵列的远场分布，根据其分布特点，设计了一种离轴外腔.运用这种外腔，在工作电流为17A时，光束的束宽积从自由运转时的1100mm·mrad减小到128mm·mrad，二极管阵列的光束质量提高了8.5倍左右，输出功率约为自由运转时的75%.     

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.     

窄线宽、高光束质量的外腔双反馈激光二极管阵列(英文)

设计了一种离轴双反馈外腔能够有效地改善激光二极管阵列的线宽和光束质量。闪耀光栅和高反镜之间形成了一个共振腔。通过调整光栅和高反镜之间的倾角可以选定一个空间模在共振腔中放大。将一个半波片插入外腔中的光栅反馈支路,来控制反馈光的数量,激光从光栅反馈支路输出。运用这项技术,在工作电流16 A,可以把激光二极管阵列的输出线宽压缩到0.15 nm,光束束宽积减小到283 mm.mrad。由于光栅的锁定作用,中心波长几乎不随温度的变化而改变。在工作电流17A时,输出激光的功率为2.44 W,斜率效率为0.5 W/A。     

谱合成光束特性的模拟分析

建立了光束谱合成的传输模型.应用光线追迹方法，将闪耀光栅引起的相位变化用槽间光程差和槽内光程差来表示，建立了光束倾斜入射到光栅时相位变化的计算模型.利用衍射积分方法，给出了阵列光源各子光束经谱合成系统后输出光场的解析表达式.依据光束非相干叠加的原理，计算得到合成光束的光强分布.在此基础上，利用强度二阶矩方法，分别计算了阵列光束和合成光束的M²因子，并定量分析了谱合成系统参数对合成光束特性的影响.研究结果表明：通过谱合成系统合成光束的M²关键词： 光束谱合成 阵列光源 闪耀光栅 光束质量     

半导体激光器列阵在外腔下的光谱特性

使用普通高反镜作为19个单元的半导体激光器列阵(LDA)的外腔,通过调节高反镜的位置和角度,使LDA发出的光反馈回有源层,从而压窄了输出光谱并降低了LDA的阈值电流.实验中,运行于外腔下的LDA在不同的驱动电流下的输出光谱均被压窄到了原来的1/10左右,阈值电流从7 A降到了5.5 A,并且在9 A的偏置电流下输出功率提高了2倍.     

二极管激光光栅-外腔光谱合成技术模拟研究

 光栅-外腔光谱合成效率主要由激光器和外腔的耦合效率决定。从衍射积分方程出发,建立了存在离轴像差情况下耦合效率模型,分析了光谱合成系统参数对耦合效率的影响。结果表明：当离轴距离增加、横模阶次增大、模场半径减小、阵列平面或光栅平面偏离焦平面时,耦合效率随之下降;光栅倾角和光栅平面-耦合输出镜距离对耦合效率影响甚微。对采用焦距为500 mm的对称双球面透镜,长度为10 mm二极管激光阵列的系统,快轴方向模场半径应大于0.15 mm, 慢轴方向模场半径应大于 20 μm, 阵列平面位置误差应控制在±0.5 mm内,光栅平面位置误差应控制在±0.2 mm内。     

Near-diffraction-limited diode laser arrays by wavelength beam combining

We demonstrate 35 W output peak power with M2 approximately 1.35 in both dimensions from a 100 element, 100 microm pitch slab-coupled optical waveguide laser diode array using wavelength beam combining.     

用于铷蒸气激光泵浦的窄线宽阵列半导体激光器

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中,窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅（VBG）外腔技术,实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片（TEC）控制VBG温度,使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm,可用于铷蒸气激光的高效泵浦。