基于平行玻璃板的半导体激光器阵列光束整形

为得到质量均衡的大功率激光束,分别以条形和面阵半导体激光器为模型,基于平行玻璃板对光束的偏移作用,对准直后激光束进行分割和重排,并在Zemax软件中进行了仿真。条形半导体激光器初始发散角为40和10,整形前已准直光束快慢轴方向的光参数积分别为0.455 2 mmmrad和20.484 mmmrad,光束质量相差较大,整形后快慢轴方向光参数积分别为2.731 2 mmmrad和3.414 0 mmmrad,实现了快慢轴方向光束质量均衡。利用平行玻璃板消除面阵半导体激光器中存在的发光死区,整形后快慢轴方向光参数积分别为7.002 mmmrad和10.242 mmmrad ,整形系统耦合效率为90.13%。     

反射式椭圆高斯光束平顶整形系统

为了将椭圆高斯光束整形为圆形平顶光束,设计了一种无中心遮拦反射式两镜整形系统。根据能量守恒思想,选择匀化洛伦兹函数作为出射光束平顶分布函数,建立了入射面和出射面之间的坐标变换关系;采用光程守恒原理和矢量形式的反射定律,推导了积分形式的整形系统两反射镜面形方程。利用数值解法计算出两反射镜的面形数据,经过光学设计软件仿真与系统参数分析,得到的圆形平顶光束在目标区域的照度均匀性大于95%。结果表明,这种整形系统可以明显提高椭圆高斯光束的平顶性,具有现实可行性。     

基于镜像分析的空心导管光束整形原理研究

基于镜像原理,对空心导管LD面阵光束整形的原理和输出光场的特点进行了分析,并对LD面阵光束经过空心导管后的光强分布进行了仿真.发现空心导管将LD不同角度范围的光束进行分割,并在出射面内叠加的光束整形原理.通过仿真得出由于发散角较大以及各分割角度范围光束角度不连续,使出射面上的平顶光束发生畸变,只适于泵浦薄激光介质的结论.     

基于非球面柱透镜的激光束整形

提出了一种基于非球面柱透镜的激光束整形系统.该系统采用一组正交放置的非球面柱透镜实现对高斯光束的整形,能够获得较大长宽比、等光强分布的矩形光束输出.理论分析了高斯光束整形原理,由能量守恒定律推导出高斯光束整形系统中任意光线在入射面和出射面的坐标变换关系,使用ZEMAX编程语言编写坐标变换的ZPL宏指令并生成优化函数,设计并优化了整形系统.仿真设计得到了光强均匀度高于95%,能量利用率在90%以上的准矩形光输出.结果表明该方法整形效果理想、计算量小、简单实用.     

半导体激光器线阵的棱镜组光束整形器和光纤耦合输出

针对半导体激光器线阵输出光束快慢轴方向光参数积不对称问题,提出并制作了基于直角棱镜片的光束整形器,其具有结构简单紧凑,制作安装容易的特点。通过数值仿真和实验对光束整形器进行了分析,研究表明整形器实现了半导体激光器线阵输出光束的对称化,并且光束经过透镜聚焦后对数值孔径为0.46,直径为200μm的光纤进行耦合,效率为53%。     

基于模拟退火算法的自适应近场光束整形

在激光实际应用中,为了提高系统的利用效率,常常需要将激光器的输出光束整形为特定光强分布光束.基于纯相位液晶空间光调制器的高空间分辨率、实时可编程控制等特性,结合模拟退火算法搭建了一套自适应近场光束整形系统.理论模拟了该系统对于理想高斯光束的近场整形效果,并基于这一闭环系统,对固体激光器输出的近高斯光束进行了近场光束整形...     

大长宽比、变发散角光束二维变焦整形研究

为实现激光束形状的二维整形,同时灵活适应入射光束发散角、尺寸等参数的变化,提高光束质量,提出了一种适用于大长宽比、变发散角的激光束二维变焦整形方法。该方法利用光线变换矩阵方法分析光路,采用柱透镜、球透镜对光束进行二维变焦整形,通过镜片位置和间距的动态调节,实现对光束在x,y两个维度上的尺寸、发散角共四个参数各自独立的调整,实时校正激光束的低阶像差,使出射光束始终保持为预定状态。试验研究表明,该方法具有光路结构简单、综合像差小、调节范围大等优点,能够显著改善高功率激光器的光束质量,尤其适用于具有大长宽比增益区的板条激光器和化学激光器的输出光束整形。     

内腔自适应光学系统校正激光器畸变

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性、输出功率和光束质量。研究了一种内腔自适应光学系统校正激光器腔内畸变的方法,利用微机电变形反射镜作为固体激光器的内腔全反射镜,通过控制变形镜的面型改善激光器输出光束的模式及功率。从腔外引入的一束信标光通过激光器内腔后反射出腔外,用波前探测器可测得激光器工作时腔内畸变对此信标光的影响,并通过搭建的自适应光学系统平台可闭环校正此畸变。实验结果表明,闭环校正后,激光器的输出功率提高了近3倍,且激光光束质量得到了明显的改善。     

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。     

Analysis of factors affecting beam shaping quality of geometric steady-phase method based on SLM北大核心

基于几何稳相法求解调制相位,使用傅里叶透镜进行傅里叶变换,在后焦面处聚焦,得到对应的平顶光束,从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束,其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现,方形平顶光束受零级光影响均匀性较差,因此详细分析了零级光产生的原因,提出了有效的解决方法,并对实验结果中出现的零级光通过叠加闪耀光栅直接移除。实验结果表明:移除零级光后方形平顶光束的能量利用率为72.3%,光束均匀性高达97.2%,优于传统整形方法。最后进一步分析了全息图与入射光束偏移量、离焦以及入射光束束腰半径对几何稳相法整形质量的影响,为几何法光束整形的应用提供了便利。     

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2 mm,单个发光单元宽度为100 μm,发光单元周期为500 μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50 W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400 μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195 W,光纤端面功率密度达到1.55×105 W/cm2.     

光纤激光共孔径光谱合成实现5kW高效优质输出

采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明:多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件;参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。     

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%。     

Silica-taper array for beam shaping of high power laser diode bar

A low-cost, easy producing and novel beam shaping system for concentration and homogenization of a high power laser diode bar (LDB) beam is demonstrated by experiment and simulation. It consists of a silica-taper array (beam shaper) and a silica-taper (beam integrator) which are fabricated by using chemical etching technique. By using this device, the output beam of LDB is reshaped to a small spot with uniform intensity and angular distributions, and could be coupled into a 200 ??m silica fiber.     

高能激光器气动窗口光束质量的评价方法探讨

 通过对高能激光器气动窗口的研究现状和应用需求的分析，指出建立一套气动窗口光束质量的评价方法是十分必要的。在分析气动窗口工作机理和现有激光光束质量评价因子的基础上，提出一种评价气动窗口光束质量的方法，即用斯特列尔比来评价气动窗口的光束质量，并辅以相对衍射极限因子进行远场直观说明。分析表明，此种评价方法是可行的，并达到了不受限于气动窗口类别的光束质量评价的要求。     

Near-diffraction-limited dark hollow beam generated by using a hybrid control way

We propose and demonstrate the generation of dark hollow beam with plane wavefront in the near field based on a hybrid control way by using dual phase only liquid crystal spatial light modulators (LC-SLMs). One phase only LC-SLM redistributes the intensity to the target distribution based on refractive beam shaping system and the other phase only LC-SLM adaptively compensates the wavefront of the output beam by using stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Compared with conventional refractive beam shaping system, the hybrid control way can not only improve the far-field energy concentration of the output beam, but also can correct the phase distortion of the system. Influences of phase distortion on laser beam shaping are analyzed in detail. The theoretical and experimental results show that the near-diffraction-limited dark hollow beam can be successfully generated by using this hybrid control way. The power in the main lobe of the airy disk pattern area in the far field is 2.3 times larger than that without being adaptively compensated.     

High power Yb-fiber laser amplifier based on nonlinear chirped-pulse amplification at a repetition rate of 1 MHz

We report a high power fiber amplifier based on nonlinear chirped-pulse amplification(NCPA). To manage the nonlinearity,pulse shaping is introduced by self-phase modulation in the fiber stretcher with the help of spectral filtering. The third-order dispersion is compensated for by the nonlinear phase shift in the NCPA. With optimization, the system can output 382 fs pulse duration with 20 W average power at 1 MHz repetition rate. The long-term average power fluctuation is measured to be0.5% in 24 h, and the beam quality factor(M~2) is 1.25.     

Study on a Bessel–Gaussian beam laser

A new concept and the method are presented to obtain a laser beam output with high luminance and quality. Instead of using the conventional concept of “obtaining a single transverse mode through compressing the oscillating mode volume using a small aperture diaphragm”, the large multimode volume and the high output power are obtained by studying the physical mechanism of the expansion and coupling between a Bessel beam and a Gaussian beam. A high quality light beam (close to the diffraction limit) with high luminance and large intensity difference between the center and the edge is achieved simultaneously.     

High beam quality by SBS phase conjugation of a single rod Nd-amplifier up to 140 W average output power

For pumping XUV plasma light sources with solid-state lasers and also for micromaterial processing, high beam quality and output power as well as simplicity of the pump lasers are crucial. The beam quality of high-power solid-state lasers can be significantly improved using phase-conjugating mirrors based on stimulated Brillouin scattering (SBS). Hence, SBS phase conjugation may prove one of the key technologies in this field. We describe a single-rod neodymium amplifier with 140 W average output power and nearly diffraction-limited beam. Because of automatic compensation of the thermal lensing by SBS phase conjugation, the output power can be tuned without changing the beam profile.     

相位共轭谐振腔改善激光器波前像差特性研究

在高功率激光器中采用相位共轭谐振腔技术可以补偿动态波前像差,在校正畸变的输出光束方面有极其重要的应用。分析了相位共轭腔的模式结构特性及稳定性,在实际高功率激光器中采用相位共轭谐振腔,使得激光系统的光束质量得到了极大改善。通过实验数据分析,提出在激光器系统中描述光束质量只用PV值和RMS值来量度是不足的,并利用结合光束环围能量分布图像和平均离焦系数来评价系统光束质量。实验结果表明,采用相位共轭谐振腔使得焦平面环围能量更为集中,同时平均离焦系数更接近零,结合上述方法评价系统光束质量更具实际意义。