光纤耦合激光束输出光空间分布及其影响因素分析

通过分析光纤出射端面的光强分布,研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素,对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中,将激光二极管出射的光束等效为大量光线,在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下,使用光线追迹方法依次分析了单束和多束光的指向角以及光纤长度对出射面光强分布的影响.结果显示:单束入射光指向角的偏差会引起光纤输出端面光强极值位置的偏移,多束的情况可以导致光纤输出端光强呈现明显的环状分布,得出了入射光束指向角的偏差是影响光纤出射面光强分布和峰值位置的重要因素的结论,而光纤长度的变化对上述分布状况同样存在影响.     

LD泵浦固体激光器基模振荡光的场分布噪音

通过调整泵浦光直径,使得LD端面泵浦固体激光器的振荡光工作于基模.在排除高阶横模的条件下,测量了由于热透镜的不稳定引起的光场场分布的噪音.实验发现,基模振荡光的高斯半径、光束指向角都在波动,而且光斑存在畸变波动.对一个未采取抑制措施的2W连续LD端面泵浦Nd:YAG固体激光器进行了测量.结果表明,在总功率不变的情况下,激光束峰值点附近的光强波动达到6.3%;激光的高斯半径波动达到5.8%;激光的指向角波动达到0.3mrad.     

光纤耦合激光束输出光空间分布及其影响因素分析

通过分析光纤出射端面的光强分布,研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素,对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中,将激光二极管出射的光束等效为大量光线,在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下,使用光线追迹方法依次分析...     

长波段半导体激光泵浦光纤激光器实现2 kW功率输出

半导体激光（LD）泵浦的高功率光纤激光器具有效率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点,在工业加工等诸多领域都有着广泛的应用。为了提高泵浦光吸收率,传统光纤激光器常用915 nm和976 nm波段的LD作为激光的泵浦源。在该类LD泵浦的光纤激光器中,由于量子亏损和泵浦吸收系数相对较高,光纤激光器的热致模式不稳定（TMI）阈值相对较低。为了提高量子效率和潜在的TMI阈值,提出采用大于1 010 nm波段的LD直接泵浦光纤激光器,产生高量子效率激光。搭建了振荡放大一体化的全光纤激光器,采用总泵浦功率为2.56 kW的1 010 nm波段LD泵浦,首次获得输出功率2.05 kW、光束质量M2约1.7的激光。后续将通过进一步增大泵浦功率、优化光纤特性以实现更高功率、更优光束质量的光纤激光输出。     

泵浦光聚焦特性对高重频1064 nm被动调Q激光器的影响

研究了泵浦光聚焦特性对被动调Q激光器输出激光特性的影响。使用10 W激光二极管(LD)和焦距为4 mm的耦合聚焦镜,在不改变LD和谐振腔结构与间距(15 mm)的情况下,选取5个耦合聚焦镜位置,研究对应泵浦光聚焦特性对输出激光特性的影响,特别是对输出脉冲稳定性的影响。泵浦功率为3.550 W时,相较于其他耦合聚焦镜位置,在耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm处,被动调Q激光器实现了更高重复频率(160 kHz)、更高平均输出功率(360 mW)、更高单脉冲能量(2.250 μJ)、更低时域抖动(120 ns)的稳定脉冲输出。实验数据说明,耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm处,泵浦光聚焦光斑与谐振腔基模光斑的匹配程度较好。理论计算得出,耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm时,谐振腔基模光斑尺寸与泵浦光聚焦光斑束腰尺寸的比值为0.854,该比值对今后开展高重频被动调Q激光器相关研究具有一定的借鉴意义。     

高功率叠阵二极管激光器光束整形

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况,利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性,得出了快轴准直输出发散角约5°时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点,设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统,该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成,把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上,并且在慢轴耦合透镜的成像面附近,得到了7mm×8mm的泵浦光斑,光强不均匀性约10%,输出效率达到85%。     

光学补偿LD侧向非均匀泵浦全固化激光器

采用定向棱镜谐振腔、半圆柱面LD阵列交错侧向泵浦两根串接NdYAG激光棒、热传导冷却结构,研制出了一台工程实用的全固化激光器.定向棱镜腔内振荡光线平行于光轴的对称位置交换穿行,匀化了增益,降低了模序数;同时,定向棱镜准相位共轭特性和自准直作用在一定程度上修正波前畸变、热光楔以及热致双折射,保证了大的动态范围内热稳定性,改善了光束质量.激光器采用Cr4+YAG被动调Q,在室温条件下,工作电流为53 A、频率10 Hz时,1.06 μm单脉冲激光能量高于150 mJ、脉宽9 ns、输出稳定度±3%、束散度2.5 mrad且光轴指向稳定,远场分布近似相干平顶高斯光束.     

离轴抽运对Nd:YAG激光器振荡模式影响的研究

以激光二极管端面抽运固体激光器为研究对象,通过实验研究了离轴抽运条件下,离轴量的大小对Nd:YAG激光器的振荡光阈值、振荡模式、光束质量以及激光器的斜效率的影响,分析了在同一抽运位置改变LD电流时输出光位置及模式的变化情况.实验结果表明,当抽运光离轴量增大时,斜效率增大,但输出光依次出现从低阶模到高阶模的变化,激光器的振荡阈值升高,光束质量变差;在同一抽运位置增大LD电流时,输出光从高阶模向低阶模转化,光斑中心向此时的抽运中心轴靠拢.     

260 W波长锁定光纤耦合输出泵浦模块实验研究

半导体光纤耦合输出泵浦源是光纤激光器的核心器件,其性能直接制约光纤激光器的输出水平。采用COS封装的高功率LD芯片,通过VBG外腔光谱锁定和精密光束整形变换技术,结合偏振合束与精密聚焦耦合技术将18个LD单元耦合进105 μm/NA0.22光纤,获得不低于260 W功率输出。实验表明,该模块在注入电流18 A时,可获得稳定输出连续功率264 W,对应电光效率52%,输出光谱中心波长975.92 nm,谱宽0.51 nm。该设计为获得高功率、高亮度波长稳定泵浦源提供了一条可行途径,光纤耦合输出模块工程化后可广泛应用在光纤激光器泵浦等领域。     

离轴抽运对Nd∶YAG激光器振荡模式影响的研究

以激光二极管端面抽运固体激光器为研究对象,通过实验研究了离轴抽运条件下,离轴量的大小对Nd∶YAG激光器的振荡光阈值、振荡模式、光束质量以及激光器的斜效率的影响,分析了在同一抽运位置改变LD电流时输出光位置及模式的变化情况。实验结果表明,当抽运光离轴量增大时,斜效率增大,但输出光依次出现从低阶模到高阶模的变化,激光器的振荡阈值升高,光束质量变差;在同一抽运位置增大LD电流时,输出光从高阶模向低阶模转化,光斑中心向此时的抽运中心轴靠拢。     

非均匀输入图像对基于细菌视紫红质膜的新事物滤波器输出特性的数值模拟

研究了基于细菌视紫红质(bR)膜的新事物滤波器的非均匀输入图像对输出图像特性的影响.与具有均匀光强分布的输入图像相比，在正弦分布的输入图像情况下，输出图像的光强分布不再呈现单调变化，而是出现两个峰值，其中间有较小的光强.bR膜的M态寿命和物体运动速度对输出图像上蓝光光强的分布有一定影响.M态寿命越大，透过的蓝光光强越小，减小的幅度是随着M态寿命的增加而减小，当M态寿命τ>50s时，减小的幅度几乎为零.在相同的入射光情况下，对于输出图像的相同位置，输入图像的运动速度越大，其输出的蓝光光强越大. 关键词： 细菌视紫红质膜 新事物滤波器 非均匀输入图像 输出特性     

Hollow Gaussian beam generated by beam shaping with phase-only liquid crystal spatial light modulator

Based on the refractive beam shaping system, the transformation of a quasi-Gaussian beam into a dark hollow Gaussian beam by a phase-only liquid crystal spatial light modulator (LC-SLM) is proposed. According to the energy conservation and constant optical path principle, the phase distribution of the aspheric lens and the phase-only LC-SLM can modulate the wave-front properly to generate the hollow beam. The numerical simulation results indicate that, the dark hollow intensity distribution of the output shaped beam can be maintained well for a certain propagation distance during which the dark region will not decrease whereas the ideal hollow Gaussian beam will do. By designing the phase modulation profile, which loaded into the LC-SLM carefully, the experimental results indicate that the dark hollow intensity distribution of the output shaped beam can be maintained well even at a distance much more than 550 mm from the LC-SLM, which agree with the numerical simulation results.     

抽运光对激光束空间分布影响程度的估算方法研究

为便于评价两种光场空间分布之间的偏离程度，引入一个数学参数δ进行研究。将该参数应用到谐振腔内分析了抽运光空间分布对基模振荡光光束质量的影响。这种影响主要表现为：若抽运光在激光介质中引起非均匀的增益分布，基模振荡光将偏离高斯分布。利用δ参数对这种影响的程度进行了定量估算。定量研究表明：δ参数可以直观地反映泵浦光分布对激光器光束质量的影响程度，而且在激光器的设计中δ参数的大小可衡量泵浦光分布的优劣。对于端面泵浦二极管泵浦固体激光器（DPL），稳恒运转下最理想的抽运光分布形式是高斯型抽运光，其半径等于谐振腔的基模高斯振荡光半径。     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

Optical resonators with inhomogeneous mirrors

It is shown that the possibility of changing a laser light beam intensity distribution exists when the output mirror transmittance depends on the transverse plane coordinates. Methods of manufacture of inhomogeneously transmitting laser mirrors with constant phase of the reflected beam over the whole surface are described. Two examples of application of such systems are considered: one for obtaining a laser beam with constant intensity distribution in the transverse plane, the other for single-segment energy extraction from high-order transverse modes. The total laser output power is shown to be almost the same as for use of a homogeneous output mirror.     

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.     

拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

Near-diffraction-limited laser beam shaping with diamond-turned aspheric optics

We used a pair of diamond-turned CaF(2) aspheres to convert the pure TEM(00) Gaussian spatial profile output of a diode-pumped Nd:YAG laser oscillator into a super-Gaussian intensity profile with a nearly flat phase front. The resulting super-Gaussian beam was nearly diffraction limited with an M(2) of 1.75; in the near field the 5-mm diameter beam retained a nominally flat-top intensity distribution without significant diffraction peaks for an excellent working distance of more than 50cm. A 10% improvement in amplifier-energy extraction obtained by use of the reshaped beam is demonstrated.     

光纤耦合LD输出光场特性研究

根据光纤传输的模式理论,分析了单芯光纤输出端面的光场分布.利用单模光纤测量了纤端光场的强度分布,拟合了光纤输出端面光强分布的近似表达式.根据此数值计算和实验测量了多芯光纤输出端面的强度分布,结果基本吻合.表明光纤出射端面的光强分布应是介于高斯分布和几何分布之间的一种准高斯分布.     

A simple method to determine the thermal focal length of solid-state lasers with rate equation

A simple method to measure the thermal focal length of solid-state laser with rate equation was presented. By measuring the output beam power of lasers, the beam waist of oscillating wave can be deduced from rate equation under the stable oscillation condition. Based on the ABCD matrix theory, the thermal focus of the gain medium was easily obtained. The thermal focus of a LD end-pumped Nd:GdVO₄ laser was measured and the experimental results agreed with the theoretical predication.