大功率半导体激光合束进展

经过近30年的发展,半导体激光器已由信息器件逐步发展成为能量器件,特别是大功率高光束质量半导体激光器,已从泵浦光源过渡成为直接作用光源,并部分应用在加工及国防领域。本文介绍了大功率半导体激光单元发展现状,分析讨论了各种激光合束技术及相应的合束光源,介绍了长春光机所在激光合束方面所做的部分工作,提出了我国半导体激光产业建设及发展的几点建议,并对半导体激光技术的发展新动向进行了展望。随着单元亮度的提升和合束技术的成熟,大功率半导体激光源作为间接光源和直接作用光源将在国防和工业领域大放异彩。     

分数自成像平面波导的光束组束

研究了激光束在分数自成像平面波导中的传输特性,提出了利用分数自成像平面波导进行光束组束的技术方案,讨论了激光束之间相位失配对光束组束的影响,并对两个输出平均功率为300W的板条激光器的光束组束进行了数值实验模拟.结果表明,分数自成像平面波导的光束组束可以有效地改善多个激光器组束后的光束质量因子M²,从而提高激光输出的亮度;而且这种组束方法对激光束之间相位失配的敏感度明显降低. 关键词： 分数自成像 平面波导 组束 光束质量     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

千瓦级二极管泵浦热容固体激光器

热容激光器与常规的高功率固体激光器的本质区别是激光介质的热管理方式不同，常规高功率固体激光器是边工作边冷却，而热容式激光器采用了工作时间和冷却时间相分离的热管理模式。因此热容激光器不再受介质断裂极限限制，可提高平均输出功率，同时由于工作时介质内部不存在显著的温差、热应力，可有效减小光程畸变提高光束质量。     

高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

 固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

高储能激光放大模块技术

作为泵浦固体激光器(DPL)激光系统的核心部件，能否开发出泵浦均匀且储能密度高的激光放大模块对于进一步研制高平均功率、高光束质量的二极管泵浦固体激光器具有非常重要的意义。     

高功率980nm垂直腔面发射激光器的亮度特性

在循环水冷却(工作环境温度控制在15℃)和连续注入电流条件下,从垂直腔面发射激光器(VCSEL)亮度基本定义出发,实验测量了不同注入电流时口径为400μm的高功率980nm InGaAs/GaAs应变量子阱垂直腔面发射激光器(VCSEL)的亮度特性。结果表明:在注入电流4 A时,随着注入电流的增加,亮度也跟着增加;当注入电流4A时,尽管输出功率在增加,但是器件的光束质量变差,M2因子升高,表明此时影响器件亮度的主导因素是M2因子,所以亮度减小;在注入电流为4A,输出功率为1.2W时,亮度达到最大值2.43kW/cm2.sr,此时的光束质量最好,M2因子为207。最后,分析了影响高功率VCSEL器件亮度特性的主要因素,提出了提高器件亮度特性的解决方法。     

850nm高亮度近衍射极限锥形半导体激光器

制备了具有低红暴优势的850 nm大功率高亮度锥形半导体激光器,获得了近衍射极限的激光输出.当连续输功率为200 mW时,光束质量因子M2仅为1.7,亮度高达16.3 MW·cm-2·sr-1;当功率提高到1W时,M2因子和亮度仍分别达到2.8和9.9 MW·cm-2· sr-1.此外,研究了锥形激光器的功率、光谱、远...     

高平均功率固态激光器的实验研究

高平均功率固态激光器在先进制造业和激光武器等领域有重要应用。本文从激光工作物质激活离子的选择、基质的不同对激光器性能的影响等方面来进行研究,得到Yb:LuAG晶体是一种应用于高平均功率激光器中更具潜力的增益介质的结论。通过该研究,学生在掌握了激光器相关知识的基础上,培养了科研能力和创新思维。     

12kW二极管泵浦激光模块

二极管泵浦固体激光器（DPL）具有寿命长、热负载小、结构紧凑等优点，在工业加工、军事、通讯等领域都得到了广泛的应用。在高光束质量、高平均功率DPL激光器的研究中，目前普遍采用MOPA结构的光路布局——由谐振腔产生出低功率的单横模激光输出，经多路放大后达到满足需求的功率水平。而激光放大模块作为放大光路中的核心部件，其增益分布特性将直接影响到光束放大过程中的波前变化，因此如何在提高激光放大模块储能的同时提高模块增益分布的均匀性，从而减少光路放大过程的波前畸变，对于进一步研制高平均功率、高光束质量的半导体泵浦固体激光器具有非常重要的意义。     

Diagnostic system for two dimension intensity distribution of laser beam

The diagnostic system for two dimension(2-D)intensity distribution of laserbeam is a measuring instrument for many parameters of laser beam.2-D intensity distributionplot of laser beam is obtained by the two dimension scanning mirror which is controlled by amicrocomputer to scan the laser beam on a detector.Many parameters of laser beam such asthe isointensity distribution plot,the beam diameter,the beam waist diameter,the laser pow-er,the diverge angle and the beam brightness,are given by means of the microcomputer pro-cessing the data measured.Theoretical analysis of beam parameter transform is given.     

利用非相干组束获得激光加工高功率光源

利用非相干光纤激光组束技术可以获得激光加工和光学制造的高功率光源。传输透镜及衍射光栅是决定组束系统效率的关键部件,通过理论分析和数值仿真,结果表明透镜焦距25cm、光栅频率200mm-1对组束系统是较为合适的。在此条件下,组束系统的平均衍射效率可以达到52.96%,输出功率可以达到千瓦量级。     

影响高能激光系统核心特征量的要素

阐述了对国际上正在发展的高能激光系统核心特征量的理解。分析了影响这个核心特征量的若干要素:主激光器选择变化的历史轨迹及其原因;光束质量是高能激光系统的生命线,做好光束质量是一个多环节的科学工程;分析了这一技术链条上游、中游和下游的技术难点以及与其都有关系的全系统的稳定性问题。最后,把这些要素结合起来,可将核心特征量综合表达为目标上的激光亮度。     

Multiphoton absorption and luminescence of osmium tetroxide

Both the multiphoton absorption and the luminescence brightness of osmium tetroxide induced by absorption of temporally smooth CO₂ 10P(20) laser pulses of 10 and 40 ns FWHM have been measured for pressures in the range 6.7 to 200 Pa. A dependence of these phenomena on laser pulse length is observed. Comparison of the luminescence brightness to the average excitation shows that the distribution of the multiphoton excitation depends on the laser pulse intensity for the two pulse lengths studied.Issued as AECL Contribution No. 8806     

An eye behavior measuring device for VR system

This work presents an eye-tracking and pupil size-measuring device that interfaces with a computer for applications useful in psychometry, ophthalmology, physiology and virtual reality (VR) systems. This system utilizes a change-coupled device (CCD) camera, appropriate lenses, PC with frame grabber and a DSP unit with various types of VR equipment, i.e., HMD, simulator or LCD projection device. The digital signal processing unit is used to calculate the average brightness and contrast of the VR video image. A CCD camera with various attachments can be mounted on various VR systems to capture the human eye image for testing. An image capture card and a personal computer are used to analyze the test image. From the eye digital image, the computer obtains data on the pupil size and a trace of the tested eye. A pattern recognition computer program and five measurement parameters are used to distinguish the position of the pupil, calculate the pupil location coordinate and analyze the physical conditions of the user. These data can be plotted against the average brightness and contrast of the VR video image in real time. This information is shown on the screen of a personal computer and used for cross-link analysis. This eye-tracking interface can determine the position of a subject's pupil and map that position into a display point on a computer screen. The pupil size and location data versus the average brightness and contrast of a VR video image are computed in real time.     

基于多层电介质光栅光谱合成的光束质量

基于电介质光栅的光谱合成是实现高功率高光束质量激光的重要途径. 在电介质光栅的光谱合成系统中, 光栅色散效应是影响合成激光光束质量的重要因素. 本文推导了单光栅和双光栅光谱合成系统中由于光栅色散引起M²因子的变化公式; 详细讨论了这两种合成系统中单路激光线宽、单路激光光斑半径、相邻两路激光波长差、相邻两路激光间距以及光栅周期对光束质量的影响. 研究表明对于单光栅合成系统, 在合成过程中若保持光束质量M²因子的大小不变, 则单路激光带宽随光斑半径的增加而减小; 在双光栅光谱合成系统中, 在保持光束质量的前提下, 单路激光带宽可随光斑半径的增大而相应增加. 数值计算表明, 若要满足合成光束的光束质量M² ≤1.2的要求, 在单光栅系统中激光线宽需窄于亚纳米量级, 在双光栅系统中激光带宽可为亚纳米. 本文为高功率、高光束质量的光纤激光光谱合成系统的搭建提供了理论指导.     

Optimization toward a high-average-brightness soft-x-ray laser pumped at grazing incidence

We report the near-field imaging characterization of a 10 Hz Ni-like 18.9 nm molybdenum soft-x-ray laser pumped in a grazing incidence pumping (GRIP) geometry with a table-top laser driver. We investigate the effect of varying the GRIP angle on the spatial behavior of the soft-x-ray laser source. After multiparameter optimization, we were able to find conditions to generate routinely a high-repetition-rate soft-x-ray laser with an energy level of up to 3 microJ/pulse and to 6x10(17) photons/s/mm2/mrad2/(0.1% bandwidth) average brightness and 1x10(28) photons/s/mm2/mrad2/(0.1% bandwidth) peak brightness.     

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.     

数值孔径与数字剪切散斑干涉条纹亮度的关系

分析了数字剪切散斑干涉条纹图的形成理论，并获得了条纹亮度与摄象机数值孔径等参数的精确关系式，从理论分析和实验验证均得出在采用小的摄象机数值孔径和３ｍＷ Ｈｅ－Ｎｅ激光器的情况下，仍可获得比较满意的数字剪切散斑干涉条纹图，理论工作及其结论对于进行数字剪切散斑干涉实验的最佳参数选择具有指导作用。