808nm大功率半导体激光迭阵偏振耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的应用越来越多,单个迭阵输出的光功率密度已经不能满足实际的需求,这就需要将多个半导体激光迭阵的光束耦合成为一个共同的光束,以提高输出功率和亮度.所以采用怎样的光束耦合技术能实现高亮度、高质量的激光输出就成了一个关键性的问题.对于该技术的研究,国内还没有实验方面的报道.主要介绍了大功率半导体激光器偏振耦合原理、实验的技术路线,以及对808nm半导体激光迭阵进行耦合实验的结果及分析.对2个bar、功率为40W/bar的808nm连续半导体激光迭阵,实现偏振耦合的总效率超过90%,聚焦得直径为3mm光斑,输出功率达到134W,总体效率超过84%.对7个bar、峰值功率100W/ba、r占空比20%的808nm准连续半导体激光迭阵进行了偏振耦合,其效率达到67%,得到4.5mm×4.5mm的光斑.     

基于mini-bar的千瓦级光纤耦合模块

应用ZEMAX光学设计软件对基于min-bar的半导体激光光纤耦合模块进行仿真模拟,采用22只输出功率为60 W的mini-bar半导体激光器组成两列空间叠阵作为耦合光源,通过准直、合束、聚焦等方法高效耦合进入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤,输出功率可达1 200 W,光纤耦合效率大于92%。     

双环掺铒光纤激光器混沌偏振控制方法研究

提出双环掺铒光纤激光器激光混沌的偏振耦合控制以及部分偏振控制方法,偏振耦合控制能控制耦合相互作用以控制激光混沌,部分偏振控制是控制部分偏振耦合效应以控制激光混沌.数值模拟了偏振耦合控制混沌和某一个环的部分偏振控制混沌,它们都能实现把双环掺铒光纤激光器激光混沌控制到稳定态和周期态上;通过实时调控光的偏振方向,这两种混沌控制方法都能实时地、动态地、有效地控制激光混沌进入到稳定态和周期态上.     

掺钕保偏光纤激光器的研究

对掺钕光纤激光器输出功率沿光纤的分布以及不同光纤长度下抽运功率和输出功率沿光纤的分布进行了数值模拟.以808nm半导体激光器为抽运源，掺钕双包层保偏光纤为增益介质，对保偏光纤激光器进行了探索性的实验研究.分别就光纤不同弯曲形状和弯曲半径对激光器输出功率指标和偏振特性的影响进行了研究，实验中发现在1060nm和1092nm处有两个峰值.在波长1060nm处得到了7.35W的连续偏振激光输出，斜率效率为58.3％. 关键词： 激光技术 光纤激光器 掺钕保偏光纤 偏振     

大功率高光斑均匀性半导体激光复合光源

 为了获得具有更高输出功率和良好光斑分布均匀性的半导体激光光源,根据半导体激光优良的偏振特性,利用偏振分光棱镜将2束大功率激光束合成为一束更大功率的光束,通过一个发射系统投射。在光束合成前采用非球面光学系统对每个激光器慢轴方向的光束进行扩束,使其与快轴方向光束发散角基本一致。实验证明,此种半导体激光复合光源具有良好的光斑均匀性,其输出功率是2个半导体激光器输出功率之和,完全满足激光制导等军用系统对激光功率和光斑均匀性的要求。     

高峰值功率Nd:YLF/BaWO4正交偏振双波长拉曼激光器

正交偏振双波长激光在精密测量、太赫兹产生、差分雷达、光谱分析等领域有着重要的应用前景.Nd:YLF晶体具有两个发射截面相近的正交偏振发射峰,加上优异的储能性能和热性能,是适合产生正交偏振双波长激光的优良增益介质.本文采用低掺杂浓度的Nd:YLF晶体作为激光增益介质产生1047 nm和1053 nm的正交偏振双波长基频光,通过适当增大抽运光斑降低Nd:YLF晶体热裂的风险,利用BaWO₄晶体的腔内拉曼频移,实现了高峰值功率的1159.9 nm和1167.1 nm正交偏振双波长脉冲拉曼激光输出.在40 W的总入射抽运功率和5 kHz的脉冲重复频率下,获得平均输出功率为2.67 W的双波长拉曼激光输出,相应的光光转换效率为6.7%.1159.9 nm和1167.1 nm拉曼激光输出功率分别为1.31 W和1.36 W,最窄脉冲宽度分别为1.50 ns和1.53 ns,对应的峰值功率分别高达174.7 kW和177.8 kW.结果表明,降低掺杂浓度和增大抽运光斑可有效解决Nd:YLF晶体在高抽运功率下发生热裂的问题,Nd:YLF/BaWO4是实现正交偏振双波长拉曼激光输出...     

双色激光偏振夹角对产生太赫兹辐射的影响

基于改进的二维光电流模型,研究了双色激光偏振夹角对太赫兹辐射产生的影响.通过改变基频光以及其对应的倍频光的偏振夹角发现,在激光等离子体中辐射的太赫兹波的强度与双色激光的偏振夹角呈周期性变化,并且最佳偏振夹角和不同激光强度也有关系.在相对较低的激光强度下(≤2×1014 W/cm2),当两束激光具备相同的偏振方向,即偏振夹角为0°时,太赫兹幅值达到最大;然而,当激光强度足够高(＞2×1014 W/cm2)时,最佳的偏振夹角会随着激光强度的增加而变大.从电子密度的角度来分析产生这种现象的原因,并用剩余漂移电流来揭示其潜在的物理机制.研究表明,剩余漂移电流是激光诱导等离子体产生太赫兹波的本质根源,对太赫兹波的产量起着决定性作用.     

kW级光纤耦合输出二极管激光器模块

基于二极管激光器mini-bar的光纤耦合方式是一种降低耦合系统成本并提高整体转换效率的方法, 为此,采用40片封装在铜微通道冷却器上的连续60 W二极管激光器mini-bar组成空间叠加阵列,作为耦合光源,采用非球面柱透镜及柱透镜阵列对mini-bar叠阵进行了快轴与慢轴的准直,实现了两列叠阵的激光束沿快轴方向的空间合成以提高叠阵激光束的填充因子,合成后的激光束可以耦合进入芯径为800 m、数值孔径为0.22的光纤。测试结果表明,光纤耦合模块输出功率最高为1360 W,整体光光效率58%,光纤端面的功率密度达到1.73105 W/cm2。     

10kW级直接输出半导体激光熔覆光源的研制与热效应分析

针对目前工业领域对激光熔覆、激光热处理的应用需求,研制了10 kW级直接输出半导体激光熔覆光源。采用半导体激光叠阵为单元器件,将偏振合成技术和波长合成技术相结合,将2只915 nm和2只976 nm半导体激光叠阵进行合成,当工作电流为122 A时,最大输出功率达到10 120 W,电-光转换效率为46%。实验中还对光源内部的易损光学元件的热效应进行了模拟分析并设计有效的散热结构,使其最高温度从442. 2 K下降到320 K,同时对应的热应力从75. 4MPa下降到14 MPa,大幅提升了激光光源的可靠性。     

半导体激光器在激光遥控制导中的空间耦合

针对高功率脉冲半导体激光器的远场特点,及激光制导对激光功率密度和光斑均匀性的要求,给出多孔径空间耦合方案并对其优点进行理论分析;针对纳米叠层芯片高功率半导体激光器偏振特性,基于偏振复用的原理,进行2支高功率半导体阵列激光器的偏振合束研究。通过试验得出结论:偏振耦合后系统输出光功率几乎2倍于单个激光器输出功率,采用多孔径耦合及偏振耦合均能满足遥控制导光斑要求。     

多光束泵浦中红外激光器

为了获得高功率高效率3 m～5 m中红外激光输出,利用双声光调Q晶体,通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,获得高功率高光束质量1.06 m激光双端输出,外置起偏器获得4束激光输出,利用波片偏振旋光原理,实现4束偏振态一致的激光输出,泵浦非线性晶体PPLT进行频率变换,实现高功率3 m～5 m中红外激光输出。在电源输入电流30 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率10.6 W的3.9 m中红外激光,1.06 m～3.9 m转化效率为9.5%。实验结果表明:通过双声光调Q技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,可以实现4束高重复频率窄脉宽1.06 m偏振激光输出,泵浦PPLT可获得高功率3.9 m中红外激光输出。     

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%。     

Simple method for reducing the depolarization loss resulting from thermally induced birefringence in solid-state lasers

A simple technique for reducing the loss that is due to depolarization resulting from thermally induced stress birefringence in solid-state lasers is reported. The technique uses a single intracavity quarter-wave plate with its fast or slow axis aligned parallel to the preferred plane of polarization, defined by an intracavity polarizer. This technique has been applied to a diode-bar-pumped Nd:YAG laser operating at 946 nm, resulting in a measured reduction in depolarization loss from ~1.7% to ~0.0006% and yielding a diffraction-limited, TEM(00) , linearly polarized output power of 2.9 W for an incident pump power of 14.3 W.     

High power continues wave laser diode array end pumped Nd:YAG/LBO red lasers operated at 669 nm and 659 nm

In this paper, we present using Nd:YAG as the laser media, and Brewster plate as a polarizer device to obtain the linear polarization output at the fundamental wavelength. Using LBO (LiB₃O₅) crystal as non-linear crystal to obtain intra-cavity frequency doubled red laser at 659 and 669 nm and sum frequency mixing at 665 nm. Using a thin fused silica plate as an etalon to obtain the single wavelength operation. At total pump power of 30 W at 808 nm, the output powers at two wavelengths are about 4.1 and 4.5 W, respectively, only one fundamental wavelength light is resonating. The corresponding optical to optical conversion efficiency from pump light to second harmonic generation are 13.7 and 15.0%, respectively.     

基于光束填充的多单管半导体激光器光纤耦合

为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率,通过对常见的阶梯型多单管半导体阵列进行分析,提出在光斑尺寸较小的慢轴方向对光束进行填充,在同样的耦合条件下,使更多的激光能量耦合进光纤中,实现更高功率的输出。文中使用光参数积作为评价光束质量的指标,论证了慢轴光束填充的可行性,利用ZEMAX仿真软件对8路常见阶梯型多单管半导体阵列和12路填充阵列进行对比仿真,在不影响耦合效率的前提下,实现了将12路波长为860 nm、输出功率3 W的单管半导体激光器耦合进芯径105 μm、数值孔径0.22的光纤中,光纤输出功率为33.4 W,光纤耦合效率为92.78%。仿真结果表明,对慢轴方向进行光束填充可以在一定程度上提高多单管半导体激光的功率输出。     

Lasing in thulium-doped polarizing photonic crystal fiber

We describe lasing of a thulium-doped polarizing photonic crystal fiber. A 4 m long fiber with 50 μm diameter core, 250 μm diameter cladding, and d/Λ ratio of 0.18 was pumped with a 793 nm diode and produced a polarized output with a polarization extinction ratio (PER) of 15 dB and an M(2) of <1.15. An intracavity polarizer and half-wave plate minimally increased the PER to 16 dB. The output power had 35% slope efficiency relative to the absorbed pump power. The maximum cw output power was limited to 4 W due to the quantum defect heating of the fiber.     

Simultaneous generation of helical beams with linear and radial polarization by use of a segmented half-wave plate

Simultaneous generation of helical beams with linear and radial polarization is demonstrated by use of a segmented half-wave plate in a Ti:sapphire laser cavity. A linearly polarized Laguerre-Gaussian beam is converted to a radially polarized beam with a spiral phase shift and vice versa. In addition, these two beams coexist in the cavity, and the cavity emits one of these two beams from an output coupler.     

High-power Yb-doped multicore ribbon fiber laser

A highly elongated double-clad ribbon fiber that comprises a pure-silica inner cladding with transverse dimensions of approximately 1.4 mm by 0.23 mm with a linear array of ten ytterbium-doped cores has been fabricated and operated in a simple laser configuration pumped by two diode stacks. The fiber laser yielded 320 W of output power at a center wavelength of 1045 nm in a combined beam with beam propagation factors of approximately 2 (perpendicular to the array) and approximately 150 (parallel to the array) for 576 W of launched pump power. The slope efficiency with respect to absorbed pump power was 62%. The prospects for further power scaling and improved beam quality and efficiency are discussed.