外腔锁相宽发光区二极管激光列阵研究

利用简单的外腔,实现了具有宽发光区的商用半导体二极管激光列阵(DLA)的外腔锁相。光谱测量表明,DLA的谱宽由自由运行时的1.9 nm压缩到了0.16 nm,峰值波长由803.8 nm调整到805.5 nm;实测远场光瓣间角距等于1.6 mrad,即波长与发光单元间距之比,表明列阵运行在基超模(或最高阶超模);峰谷结构调制度大于0.8。观察表明,外腔长度在1/10~1/6泰伯距离内变化时,锁相均能实现。实验事实表明锁相是交叉注入锁定的结果。利用半导体激光注入锁定理论,定性分析了外腔DLA由自由振荡向锁相过渡的过程,预言了锁相场波长应出现在自由运行DLA光谱长波端,实验也证实了这一事实。     

一种实现光纤激光器高功率输出的方法

介绍了一种实现光纤激光器高功率输出的新方法——采用螺旋芯光纤，这种光纤是在光纤制作过程中按照一定的弯曲半径使纤芯呈螺旋状排布在光纤包层中。介绍了这种螺旋芯光纤的原理和其提高输出功率的能力，以及目前的理论与实验研究现状。基于该光纤，提出了一种光纤激光器相干合成新思想。     

600 kV波形可调快前沿脉冲源的研制

介绍了一种波形可调的高电压快前沿脉冲源。该脉冲源由Marx发生器、脉冲成型组件、主开关、匹配负载、分流电阻、串联电感等部件构成。各部件自成一体,呈模块化分布。以Marx发生器作为初级储能,通过调节发生器输出端分流电阻、串联电感及脉冲成型组件等模块,可以输出包括双指数波和方波在内的5种脉冲波形。输出脉冲幅值在200~600 kV范围内可调,最小脉冲前沿可达2 ns。     

Phase-locking observed among high-order lateral modes of a broad-stripe diode array inside an external cavity

For a laser diode array (LDA) positioned in an external cavity of a certain length, a very strong inter-emitter coupling can be established between the off-axis lateral modes of the broad-stripe emitters. Under these circumstances, the phase-locked operation of the LDA due to couplings between off-axis modes of emitters has been observed, for the first time to our knowledge. The observations suggest that phase locking of a broad-stripe LDA can be achieved among different emitter lateral modes by selecting different cavity lengths.     

双光栅实现半导体激光阵列波长组束

在波长光束组合基础上,用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜,可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化,明显地克服相邻发光单元的反馈串扰,实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列,连续输出激光功率44.8 W,电光转换效率最高38.9%,光谱线宽为4.1 nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7,快轴方向光束质量因子为1.37,快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。     

双光栅实现半导体激光阵列波长组束

在波长光束组合基础上,用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜,可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化,明显地克服相邻发光单元的反馈串扰,实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列,连续输出激光功率44.8 W,电光转换效率最高38.9%,光谱线宽为4.1nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7,快轴方向光束质量因子为1.37,快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。     

半导体激光器列阵在外腔下的光谱特性

使用普通高反镜作为19个单元的半导体激光器列阵(LDA)的外腔,通过调节高反镜的位置和角度,使LDA发出的光反馈回有源层,从而压窄了输出光谱并降低了LDA的阈值电流.实验中,运行于外腔下的LDA在不同的驱动电流下的输出光谱均被压窄到了原来的1/10左右,阈值电流从7 A降到了5.5 A,并且在9 A的偏置电流下输出功率提高了2倍.     

采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量

 基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上,相邻单元的出射光波长有微小的差异。从外腔耦合镜输出近似平行的光束,其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。实验中采用发光单元宽度为100 μm、填充因子为0.5、由49个单元构成的1 cm 阵列获得功率为2.39 W的输出光束,其光谱宽度为27 nm,远场光斑的直径为0.08 mm,对应的远场发散角为1.2 mrad,其光束质量因子约为28,与单个发光单元的光束质量相当。     

Theoretical analysis on phase-locking properties of a laser diode array facing an external cavity

External coupling model has been used to describe the output field of a laser diode array (LDA) phase-locked with an external cavity. The analytical solution for the coupling matrix equation of the phase-locked system has been obtained. The dependencies of the threshold gain, g_j of the system mode on the residue reflection of the front facet, r_f and round trip external cavity lengths, L have been discussed. The working lengths of the external cavity for stably phase-locking the LDA of different residual reflectivities have been calculated.     

Coherent beam combination of broad-area laser diode array using off-axis external cavity with double feedback

In this letter, we demonstrate coherent beam combination of laser diode array using the external Talbot cavity with double feedback. The double feedback elements consist of grating and high-reflection plane mirror. Compared with single high-reflection plane mirror feedback, the external Talbot cavity with double feedback reduce the number of interference strips in the far-field pattern and narrow spectral line-width of the laser diode array. The results indicate that the application of the external Talbot cavity with double feedback produces a clear far-field interference pattern. In addition, line-width is reduced to 0.15 nm full-width at half-maximum (FWHM).     

外腔中半导体二极管激光阵列的高阶侧模锁定

 理论分析了外腔较短情况下,宽条半导体二极管激光阵列（LDA）高阶侧模相位锁定的可能性,观察了包含主、旁瓣结构的多侧模远场光强分布。从实验记录结果可以看出,在旁瓣中出现了标志锁相的峰、谷结构,而且该结构的调制度明显高于主瓣中的峰、谷结构的调制度,结果表明：在外腔较短情况下,LDA高阶侧模相位锁定的现象是存在的。     

外腔中半导体二极管激光阵列的高阶侧模锁定

理论分析了外腔较短情况下,宽条半导体二极管激光阵列（LDA）高阶侧模相位锁定的可能性,观察了包含主、旁瓣结构的多侧模远场光强分布。从实验记录结果可以看出,在旁瓣中出现了标志锁相的峰、谷结构,而且该结构的调制度明显高于主瓣中的峰、谷结构的调制度,结果表明：在外腔较短情况下,LDA高阶侧模相位锁定的现象是存在的。     

利用外腔改善半导体激光器列阵的远场特性

采用一个由快轴准直透镜和一个高反射率平面镜组成的简单外腔,在腔长为几个cm时实现了半导体激光器列阵中部分单元的锁相运行;DLA远场出现了3个瓣,每瓣发散角为10 mrad左右,对比度为50%;通过控制部分单元的输出,可以抑制旁瓣的能量.     

二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

 从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度a的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装,明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。     

Modulation enhancement of a laser diode in an external cavity

The influence of Zn-atom additive on ‘pure’ copper vapor laser output characteristics is studied. The laser pulse width, energy and power are found to increase under the diffusion of zinc atoms from a zinc-containing reservoir into the discharge of the copper-vapor laser at temperatures above 500°C. Additional absorption experiments and calculations are consistent with the conclusion that not only optical resonant pumping by the 213.9-nm Zn I line, but also other processes, should be taken into account to explain the effects of additive influence.     

二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度a的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装,明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。     

外腔锁相中二极管激光阵列发光单元间耦合系数分析

 推导了外腔中二极管激光阵列各发光单元之间的耦合系数，结果表明：增加外腔长度有利于减小各阶耦合系数的差别和实现“并联耦合”，但是外腔的作用效果下降；降低阵列前端面的反射系数，有利于实现外腔锁相；外腔锁相中并联耦合的单元数越多，激光二极管阵列前端面的反射系数的允许值越小。     

外腔锁相中二极管激光阵列发光单元间耦合系数分析

推导了外腔中二极管激光阵列各发光单元之间的耦合系数,结果表明：增加外腔长度有利于减小各阶耦合系数的差别和实现“并联耦合”,但是外腔的作用效果下降;降低阵列前端面的反射系数,有利于实现外腔锁相;外腔锁相中并联耦合的单元数越多,激光二极管阵列前端面的反射系数的允许值越小。     

外腔锁相半导体激光器列阵的稳态分析

给出了描述半导体激光器列阵(LDA)稳定状态的非线性方程组。对非线性方程组进行了分析,研究了LDA在稳态运行时的特性。分别分析了LDA在同相模运行和反相模运行时,载流子浓度、振荡频率以及光子数密度与自由运行时相比较所发生的变化。     

Talbot外腔压窄线阵大功率半导体激光器输出谱宽

线阵半导体激光器（LDA）内部发光元周期排列,基于Talbot效应,改进传统Littrow外腔窄线宽系统,在Littrow外腔中置入反射率为20%平平镜构成Talbot外腔以进一步窄化激光器输出谱宽,并将外腔窄线宽输出通过铷池进行吸收实验。实验结果表明：铷池对Tablot外腔输出吸收系数比Littrow外腔吸收系数相对提高42.9%,说明Talbot外腔能有效提高外腔输出谱宽的均匀性,提高半导体激光器泵浦效率。