散焦光栅测量光束漂移的光路设计仿真

传统的光束漂移量测量系统利用近、远场测量设备分别测量光束的平漂量和角漂量,结构复杂、实时性低。散焦光栅焦平面处正、负一级衍射斑的位置变化可同时反映光束的平漂量和角漂量,为验证该理论、搭建简化的测量系统需要对光路设计进行仿真。基于散焦光栅的成像机理,利用Matlab软件构建了光束通过散焦光栅的成像模型,仿真结果与理论分析一致;最后对光栅和透镜等不同光路设计参数与最大漂移量测量幅值的关系进行了模拟。结果表明,在成像单元约1 cm2、短焦透镜焦距约12 cm的条件下,为实现漂移量测量精度和可测幅度的最大化,散焦光栅需要离轴15 mm,散焦光栅与短焦透镜的焦距比为6。     

激光光斑漂移的检测

针对激光光斑漂移设计了一套光斑漂移检测系统。利用该系统实现了对He-Ne激光器出射光束漂移的检测。它采用CCD摄像头和图像采集卡采集激光器输出光斑，通过专门软件对数字图像进行处理，得出光斑漂移的大小；另外，利用几何光学方法得到了激光光束在X方向、Y方向以及空间立体角上的漂移大小。分析了引起光束漂移的原因。结果表明：He-Ne激光器出射光束的指向主要受温度、环境振动、空气扰动和激光器自身结构的影响。该系统能准确地测量出激光器出射光束的漂移大小，实现光束漂移的控制。     

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。     

阵列半导体激光器的光束参数测量与光纤耦合

采用ISO推荐的方法测量了发光面为 1μm× 15 0 μm的阵列半导体激光器的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度 ,并根据测量结果计算了光束传输因子 (M2 因子 )。以此为基础 ,研究了半导体激光器光束的快轴准直以及光纤耦合技术 ,采用微柱面透镜准直后 ,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到 0 .48°。设计了光纤耦合光学系统 ,与 10 0 μm光纤耦合时的耦合效率为 71.0 % ,与 2 0 0 μm光纤耦合时的效率为 83.4%。     

半导体激光器光束准直系统的功率耦合效率

在长距离无线光通信中，接收点光功率密度与光束发散角平方呈反比关系，为了获得小的发散角和大的功率耦合效率，要求准直系统有较大的数值孔径(NA)，但数值孔径过大会增加像差，因此合理设计功率耦合效率与准直系统的数值孔径就非常重要。该文对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与k(孔径半径与孔径处等效光束半径之比)的关系表达式，并结合激光器光束准直系统，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与准直系统数值孔径的关系表达式。该研究结论对于半导体激光器光束准直系统设计具有参考作用。     

激光引信中半导体激光器的准直及其测试

在理论上分析了单级单透镜光学系统对激光高斯光束发散角的影响。用单个平凸透镜对激光引信中的半导体激光器进行了准直，达到了激光引信光束准直的要求。通过CCD成像方法对准直后的光束发散角进行了测量，利用二阶矩算法计算出光束发散角。实验测得2个方向的发散角分别为θx=7.03°和θy=0.69°，验证了准直系统达到激光引信要求的θx＜10°和θy＜1°技术指标。     

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。     

扩芯光纤原理及其在光器件耦合中的应用

介绍了两种可以增大单模光纤模场直径并出射准直平行光束的扩芯光纤(ECF)的原理和制作方法。分析了单模光纤熔接渐变折射率多模光纤法通过改变渐变折射率多模光纤的长度和自聚焦参量实现模场扩大缩小的原理,制作的扩芯光纤模场直径扩大到16．6μm,出射光束平行效果较好,轴向耦合容限比单模光纤扩大了近6倍。加热扩芯光纤则是通过控制加热温度和加热时间直接使单模光纤掺杂物质发生扩散,从而实现扩束和光束准直,模场直径达到15．4μm,横向、轴向耦合容限都比单模光纤有很大提高。因此扩芯光纤可以简化单模光纤的耦合对准过程,用来制作新型的单模光纤或掺铒光纤连接器,也可以用于其它光器件中与单模光纤的准直。     

单模光纤陀螺正交锁相检测方法的研究

研究了用于干涉型单模光纤陀螺系统的正交锁相检测方法，采用双参考信号，使输出的信号与噪声分离，不仅提高了光学系统信号的信噪比，同时可以引入移相反馈控制，大大减小了系统的漂移，系统的零点漂移已达到０．２ｄｅｇ／ｈ。     

激光器参数综合检测系统设计

为解决目前各激光器检测仪功能单一、检测精度低等问题,研制了一种新型智能激光器参数检测系统。该系统采用现代控制技术和微机软件,且配有特定结构的分光束光学系统,能同时实现辐射器光轴平行性、光束性能参数（包括光束发散能量、脉宽、编码精度）、光轴稳定性测试和系统整体性能测试。通过引入红外自准直仪使系统的角分辨率达到了2″,借助示波器捕获窄达100ps的激光脉冲,高精度、大动态范围的激光能量计可精确测量出激光的能量。     

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。     

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%。     

Design of aspheric collimation system for semiconductor laser beam

In this paper, semiconductor laser beam collimation lenses system has been optimum simulated and designed. The new design methods for aspheric cylinder lenses collimation system have been discussed in detail and the system parameters are calculated and optimized by using a geometrical ray optics approximation. The optical system has been further simulated by software MATLAB, and the simulation results showed that the emergence angle can be collimated effectively, and the output beam can be expanded to a circular spot in centimeter level beam radius.     

Optical fiber cleaved at an angle by CO2 laser ablation: Application to micromachining

Laser ablation can be achieved by delivering short power pulse with durations much smaller than the heat diffusion time. In this investigation, we are collimating and magnifying a beam from a CO₂ laser with a Keplerian telescopic system. Then we study the quality of the cut performed by scanning the beam at a fast speed over an optical fiber just after focusing a well collimated CO₂ beam at λ=10.6 μm. It is found that the best results for cutting optical fibers depend upon both the time required in raising matter temperature to the vaporization point and the scanning speed of the CO₂ laser beam. Some aspects of the laser beam collimation before focusing is reviewed briefly and results for optical fibers being cleaved at low and fast speed under various conditions are also shown and discussed.     

Two-Dimensional Collimation of an Atomic Beam in a Diffuse Light Field

Ｔｗｏ－ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＣｏｌｌｉｍａｔｉｏｎｏｆａｎＡｔｏｍｉｃＢｅａｍｉｎａＤｉｆｆｕｓｅＬｉｇｈｔＦｉｅｌｄ￥ＬＩＦｏｓｈｅｎ；ＣＨＥＮＨｏｎｇｘｉｎ；ＣＡＩＷｅｉｑｕａｎｇ；ＬＩＵＬｉａｎｇ；ＳＨＵＷｅｉ；ＷＡＮＧＹｕｚｈｕ（Ｊｏｉｎｔ...     

高功率垂直腔面发射激光器的光束准直特性

基于高斯光束的准直原理,针对不同结构参数的大功率垂直腔面发射激光器光束特征,通过选用合适参数的透镜,研究了不同连续和脉冲电流条件激励下光束的准直特性.对于出光口径为200 μm的器件,通过f=3.1 mm,NA =0.68的透镜,连续工作条件下,准直后的最小发散角达到1°;在电流为40A、脉宽60 ns、重复频率1 k...     

神光-Ⅲ 3ω光路自动准直系统设计

基于闭环反馈控制理论，对神光-Ⅲ 3ω光源自动准直系统进行设计，分析系统的工作原理、控制算法和软件控制流程。对准直过程中电动控制对于控制结果影响的变化规律建立了数学模型，旨在克服俯仰和方位相互联动对准直精度的影响。采用二维镜架自动准直方案，使准直偏差在预定调整范围内不断收敛。神光-Ⅲ调试现场的准直结果证明：该自动准直系统达到了设计要求，即自动准直系统在半小时内完成8路光束的光束准直，其角度误差≤5.0%/空间滤波器小孔直径,平移误差≤1.0%(光束近场直径精度)。     

抽运调制条件下超窄线宽掺铒光纤环形激光器的跳模特性研究

搭建了基于光纤迈克耳孙干涉仪的跳模检测系统,对抽运调制条件下的超窄线宽掺铒光纤环形激光器的跳模特性进行了实验研究,测量了由抽运电流标定的表征跳模规律的跳模数据图。结果表明,随着抽运电流的不断增加,激光器先后经历模式稳定区、模式非稳区以及多纵模区三种状态;存在第二抽运阈值,当抽运强度超过这一阈值时激光器由单纵模跳变为非稳定的多纵模。掺铒光纤环形激光器的谐振腔因抽运热效应或外界扰动而变化时,会引发频率漂移与连续跳模现象。     

大预准直狭缝的铬原子束一维多普勒激光准直

介绍了横向尺寸为5 mm的大尺寸预准直狭缝前提下,铬原子束的一维多普勒激光准直实验,研究了激光功率和作用区域对铬原子束激光准直效果的影响.从激光驻波场中原子所受的力出发,利用适当步长的四阶Runge-Kutta算法对实验进行理论模拟.理论结果和通过Matlab程序读取的实验结果都表明在这种大尺寸的预准直狭缝前提下,经激光准直后的原子束的横向分布被压缩的同时,峰值也被大大提高.在作用区域一定时,随着激光功率的增加准直原子束的半高宽有减小的趋势,峰值有增大的趋势;激光功率一定时,随着作用区域的增加激光功率的增 关键词： 铬原子束 光学粘胶 激光准直 激光稳频