介质平面波导TE0模衍射场的光束参量

对于傍轴光束，提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M^2等光束参量之间满足简单的关系式，三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算，或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算。M^2因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值，或以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析函数和光束参量的范围。     

有振幅调制和相位畸变光束通过硬边光阑的M2因子

光束传输M^2因子是表征激光束的有用参量。利用矩形函数的复高斯函数的近似展开方法,给出部分相干光通过硬边光阑后强度二阶矩的近似计算公式,由此可得到部分相干光通过硬边光阑后的推广M^2因子。以有振幅调制和相位畸变光束为例,推导出相应的推广M^2因子的解析表达式,通过数值计算对提出的近似算法的计算精度进行了分析。研究结果表明,使用该近似方法计算得到的推广M^2因子的计算误差小于1％,且通过该方法可直接得到相应的近似解析计算公式,从而使计算得以简化,并有效地提高了计算效率。     

部分相干高斯光束的M^2因子及模系数

分析了以模式间相互独立的厄米-高斯光束为基底的部分相干高斯光束。导出了部分相干高斯光束的模系数、权重因子和M^2因子的表达式,并讨论了各模式权重因子与M^2因子之间的关系。研究表明,只需要由实验测得光强分布便可确定部分相干高斯光束的模系数、M^2因子和模结构。     

部分相干光束通过硬边光阑的推广光束传输M2因子

给出部分相干光通过硬边光阑后的强度二阶矩的计算公式，由此可得到部分相干光通过硬边光阑后的推广光束传输M^2因子。以部分相干高斯－谢尔模型光束为例，推导出相应的M^2因子，并作了数值计算和分析讨论。     

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     

大功率部分端面抽运混合腔板条激光器

在半导体抽运的全固态激光器中,激光晶体上的热畸变限制了激光器在大功率下输出时保持高光束质量的能力。板条结构的固体激光器具有优异的散热能力,再配合部分端面抽运以及稳一非稳柱面混合腔的使用,使大功率高光束质量的激光输出成为可能。在德国EdgeWave GmbH进行的对这一技术的合作研究中,利用不到100mm的腔长,在Nd：YVO4板条激光器上获得了110W近衍射极限的1．06μm连续激光输出,这时在非稳腔方向上的光束传播因子M^2为1．3。在稳腔方向上为1．5。通过对输出激光进行空间滤波切除腔镜造成的衍射旁瓣后,50W输出时M^2的典型值在非稳腔和稳腔方向上分别为1．09和1．2。     

布拉格反射波导半导体激光器的研究

高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、医疗、传感、空间通讯和国防上有着极其重要的应用,但传统半导体激光器面临垂直发散角大、椭圆光斑的难题,限制了其直接应用。为了降低激光器的垂直发散角,本项目采用布拉格反射波导结构,利用光子带隙导引替代传统的全反射进行光场限制,优化设计了多种布拉格反射波导激光器结构,并制备了高性能的激光器器件。首先,采用传输矩阵理论和布洛赫波近似的方法计算了布拉格反射波导的模式色散关系,发现通过控制腔模光场分布,可实现不同远场的激光输出。接着,针对布拉格波导光子带隙导引机制,深入研究了四分之一波长布拉格反射波导激光器、单边布拉格反射波导激光器的光场特性,弄清了影响此类激光器远场的本质因素,最终设计并验证了一种布拉格反射波导双光束激光器,激光器在垂直方向可输出两个对称的、近圆形光束,单光束垂直和侧向发散角半高全宽分别低至7.2°和5.4°。另外,通过调控光缺陷层,使激光器工作在受抑隧穿光子带隙导引机制下,实现了超窄的单光束激光输出,激光器单管连续输出功率超过4.6 W,垂直发散角最低降至4.9°(半高全宽)和9.8°(95%功率)。这种高功率、窄的圆形光束输出可以大幅降低半导体激光器的应用成本,提高泵浦或光纤耦合效率,具有广阔的应用前景。     

交叉波导中的非线性全光开关

提出了交叉波导结构中的非线性全光开关设想。用光束传输法，就自聚焦以及自散焦两种不同衬材料导，显示了全光开关的原理以及结构参量与开关特性之间的关系。     

高功率平面波导激光器研究进展及分析

平面波导激光器的激光介质既能实现大模体积运转,又在一维方向起到波导作用从而获得高光束质量激光输出,近年来成为高平均功率固体激光器的重要研究方向之一。对国内外平面波导激光器的研究进展进行了归纳总结,对比和分析了平面波导的双包层波导结构、梯形波导结构和自成像结构等结构特点,分析了平面波导结构的发展及趋势,并提出了平面波导激光器发展成为高功率激光器的一些限制因素。     

高效率可调谐掺镱双包层光纤激光器研究

研究了一种高效率可调谐掺镱双包层光纤激光器，在抽运半导体激光为915nm、功率为1W的条件下，掺镱双包层光纤激光器的最大输出功率为440mW，输出斜效率约为80％。输出光束的M^2因子为：x方向1．06，y方向1．04。用一光栅作为输出耦合，输出波长可在1070nm-1150nm的范围内调谐。     

硬边非稳腔平面波导激光器的光束特性

基于衍射理论和坐标变换,采用数值模拟的方法分析了硬边非稳腔平面波导激光器的光束特性,研究了存在非均匀抽运和增益饱和时,输出激光的光束质量.在端面抽运和边缘抽运时,比较了正支和负支非稳腔的输出光束特性.结果表明:利用优化的离轴硬边非稳腔可以得到近衍射极限的输出.在相同的抽运不均匀性情况下,对于边缘抽运和端面抽运,正支非稳腔的光束质量因子M2分别为3.9和2.3,而相同条件下负支非稳腔的M2因子为1.8和1.7.     

高度方向性多光束有机激光

采用DFB分布反馈结构的有机激光由于其自身优点备受关注,而利用高阶布拉格反馈的多光束有机激光及其原理鲜有报道。不同于以往的低阶布拉格反馈形成单波导或单光束激光,本文通过在平面有机半导体波导引入高阶布拉格反馈分别制备了红色和蓝色多束有机激光器。利用四阶布拉格反馈和PVK：DCJTI薄膜实现三光束红光激光器,出射角度为±53°和0.5°。利用五阶布拉格反馈和PS：DSA-ph薄膜实现四光束蓝光激光器,出射角度为±18°和±75°。融合平面波导与光栅耦合的机理,研究了高阶布拉格光栅反馈与器件特性之间的关系。结果表明,理论计算的光束耦合角度和实际测试相符,结果在一定程度上为多光束有机激光器件的设计提供了参考。     

Study of RF Excited CO2 Waveguide Laser Array

RF excited CO2 waveguide laser arrays with three different structures (one-dimension and two-dimension) are reported in this paper. The output character of far-field and near-field of those lasers have studies and the phase locking between the waveguide elements has discussed. The cavity length of waveguide laser array is 380 mm and the resonator is formed by placing a plane germanium coated gold mirror and a plane ZnSe output coupler. The laser is operated with filling static gas of He∶N2∶CO2∶Xe=3∶1∶1∶0.1 mixture at 1.06×104 Pa total pressure. High output power density is achieved and the output power is 30-w with an efficiency η=10%. The output power is limited by the maximum power of RF transmitter.     

高功率激光器抗失调谐振腔的实验研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。     

Study of RF Excited CO 2 Waveguide Laser Array

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＴｈｅＲＦｅｘｃｉｔｅｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏＣＯ２ｗａｖｅｇｕｉｄｅｌａｓｅｒｈａｓｂｅｅｎｒａｐｉｄｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＭａｎｙｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｈａｓａｐｐｅａｒｅｄｓｉｎｃｅＫ．Ｄ．Ｌａａｋｍａｎ［１］ｍａｄｅｆｉｒｓｔｌｙｏｕｔｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｅｘｃｉｔｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅＣＯ２ｌａｓｅｒｆｉｒｓｔｉｎ１９７７,ｓｕｃｈａｓｃｏｈｅｒｅｎｔｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄ１×２ａｒｒａｙＣＯ２ｗａｖｅｇｕｉｄｅｌａｓｅｒｇｉｖｅｎｂｙＤ．Ｇ．Ｙｏｕｍ…     

低阈值单横模852nm半导体激光器

基于波导理论、等效折射率方法,设计并制备了非对称波导隔离双沟结构脊型边发射激光器,最终获得了低闽值单基侧模852 nm激光器.详细研究了不同脊型台深宽比参数设计对激光器侧向模式特性的影响规律,实现了腔面未镀膜情况下脊型波导边发射激光器的单基侧模稳定输出,同时激射波长可以精确调谐到852 nm;工作电流达到150 mA,工作温度30℃;斜率效率最高可达0.89 nW/mA,光谱半宽小于1 nm.研究结果为进一步实现超窄线宽激光器提供了参考和借鉴,并且为实现激光器稳定输出提供了实验基础.     

Efficient improvement of laser beam quality by coherent combining in an improved Michelson cavity

The efficient improvement of laser beam quality is demonstrated by coherent combining of two Nd:YVO4 lasers in an improved Michelson cavity. When the two lasers are separately operated with beam qualities of M(x)2 = 1.74 and M(y)2 = 1.34 for laser 1 and M(x)2 = 1.53 and M(y)2 = 1.39 for laser 2, by coherent combining of the two lasers, a single beam output exceeding 2 W with a nearly perfect TEM00 mode (M(x)2 = 1.08, M(y)2 = 1.04) is obtained. Moreover, it can withstand environmental perturbations with no change in beam quality or output power and has the potential for scaling to much higher output power with high beam quality by coherent addition of multiple lasers in this configuration.     

Analysis of Beam Quality Factor for Semiconductor Lasers

Output beam characteristics have been analyzed by numerical simulation for semiconductor lasers with various waveguide structures. It was found that the beam quality factors depend significantly on the transverse-mode confining structures.     

InGaAsP SBH激光器光束质量的非傍轴分析

计算了InGaAsPSBH激光器的TE₀₀模,并利用非傍轴矢量矩理论,分析了平行于p-n结方向上的光学质量因子M_y²在以往有关M²的计算中,往往忽略了包层中光场的贡献,因此得出M²小于1的结论当半导体激光器的激活层的尺寸远小于发射波长时,大部分光场将渗透到包层中,因此,包层的光场是不能忽略的考虑到激活层和包层中的光场对M²的影响,给出了非傍轴半导体激光M²的精确表达式结果表明,M_y大于1.