808nm大功率分布反馈激光器列阵研制

为提高大功率半导体激光器的泵浦效率,必须降低半导体激光器输出波长随温度的漂移系数.采用MOCVD外延技术、纳米压印和干法刻蚀附加湿法腐蚀等工艺制备了大功率分布反馈激光器列阵.激光器列阵的腔长为1 mm,25℃时中心波长为808 nm,通过测试不同热沉温度下的P-V-I曲线和光谱图,表明当脉冲工作电流为148 A时,激光...     

宽接触半导体激光器及激光器列阵丝状发光现象研究

用连续波电光检测法直接测量宽接触半导体激光器及激光器列阵的电场分布，分析器件的丝状发光现象，并初步解释了产生的原因。     

980nm高功率列阵半导体激光器

本文分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素。利用分子束外延生长方法生长出InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料。利用该材料制作的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（100Hz,100μs）输出功率达到80W（室温）,峰值波长为978－981nm。     

双包层光纤激光器微棱镜反射式侧面耦合的新技术

提出了一种双包层光纤激光器侧面耦合技术--微棱镜反射式侧面耦合技术,能高效且方便地将半导体激光器,特别是高功率半导体激光器阵列和叠层的抽运光耦合进双包层光纤中.该技术具有结构简单、加工难度小,抽运效率高、对光纤本身无损伤等特点,更重要的是该技术非常适合半导体激光器列阵的多点抽运.详细阐述了微棱镜反射式耦合技术的基本原理和具体使用方法,理论计算所得耦合效率超过90%,并进行了初步的实验研究,得到了超过50%的耦合效率.通过分析,对光源和棱镜具体尺寸参数提出了具体要求,并指出了其应用范围.     

非对称补偿条形复合腔半导体激光器列阵

本文描述了一种新结构半导体激光器阵列——非对称补偿条形复合腔半导体激光器阵列.这种列阵是由7个或9个非对称半腔长交叉错开的条形电极形成7个或9个复合腔结构,光束在腔中以交叉的方式耦合.从该结构列阵得到了直到1.6I_(th)、发散角仅为3～4°的单瓣远场图样.     

三种不同端面光纤列阵和半导体激光列阵耦合的(数值)模拟

半导体激光列阵的输出光束有较大的发散角和较强的不对称性，极大地限制了其在各领域中的应用。为了改善半导体激光列阵输出光束的质量，必须采用特殊的光学系统进行光束整形。一种简单有效的方法是利用光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换。对三种特殊制备的光纤列阵和半导体激光列阵的耦合特性进行了数值模拟研究。结果显示，相对于球形端面光纤列阵和锥形端面光纤列阵，球顶锥形端面光纤列阵和半导体激光列阵有着更高的耦合效率(90％以上)。此外，利用球顶锥形端面光纤列阵还可以进一步压缩输出光束的发散角，从而获得更高质量的输出光束。     

半导体激光泵浦的外腔YAG激光器国内首次运转

中国科学院上海光学精密机械研究所“激光技术开放研究实验室”于1991年7月8日采用本所“半导体光电子学实验室”研制的一维锁相列阵半导体激光器泵浦外腔YAG激光器获得1.064μm激光输出。外腔结构的实验成功为进一步研究和发展半导体激光泵浦的固体激光器打下了基础。 对于半导体激光泵浦的YAG激光器,为了减少激光腔内的损耗,从而降低激光阈值,国内外在研究初期都采用全内腔的单块(monothic)YAG激光器,随着腔内倍频和增大激光输出等研究的发展和需要,又发展为外腔方式。     

半导体激光器在医学上的应用

半导体激光器于１９６２年问世以来，在很多领域有了迅速的发展。近年来，国际上各种波长的激光二极管的报道令人目不暇接，从而半导体激光器在医学上的应用也随着波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展起来。半导体激光器具有体积小、重量轻、成本低、波长可选择等优点，在眼科、矫形、皮肤、肿瘤、牙科、妇科、泌尿科和普外科等都有应用。尤其是半导体激光器作为激光针灸与原来的中医针灸理论中的腧穴、经络理论相结合，成为一种新兴的激光针灸仪。本文主要叙述了激光与生物组织的相互作用以及半导体激光在基础医学中的一些具体应用。     

激光扫描声学显微镜光学系统的设计

半导体激光器具有半导体和固体器件的许多优点：结构紧凑、效率高、价格便宜、长寿命，在许多方面优于气体激光器，因此在一些测量领域有较好的应用前景。本文基于棱镜对光的一维压缩及新型半导体激光器，对激光扫描声学显微镜的光学系统进行了新的设计，给出了相关数据及具体技术指标，实验证实其光学性能满足要求。整个光学系统具有结构紧凑、可靠性高、使用方便等特点，现已用于激光扫描声学显微镜定型设计。     

高功率垂直腔面发射半导体激光器优化设计研究

与传统的端发射半导体激光器相比，垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）具有可单模输出，光束对称性好，可被高度聚焦，进入光纤的耦合效率极高和有利于大规模二维列阵等优 点.为了得到高功率的激光输出，除了要增大VCSEL的发射面积之外，关键的是要选择适 当的量子阱层数、有源区电流密度的均匀分布和良好的热管理等.本文详细研究和分析了高功率VCSEL有源区量子阱层数，有源区直径，材料的热导和电阻，电极间距等对VCSEL 器件性能的影响.通过优化参数，进行最佳设计，研制出了980 nm In0.2Ga0.8As/Ga 关键词： 垂直腔面发射激光器（VCSEL） 量子阱 高功率     

Four-beamlets laser array and its propagation

A new type of laser array named four-beamlets laser array is proposed. Based on the diffraction integrals, analytical propagation formulae for the four-beamlets laser array passing through paraxial aligned and misaligned optical systems are derived, respectively. The four-beamlets laser array can also be expressed as a superposition of a series of Hermite Gaussian modes by using polynomial expansion. As a numerical example, the propagation properties of a four-beamlets laser array in free space are illustrated graphically. The fractional Fourier transform of the four-beamlets laser array is also studied. Our model provides a convenient way to describe laser array with four-beamlets.     

Propagation of laser array beams in a turbulent atmosphere

The propagation of phase-locked and non-phase-locked laser array beams of radial and rectangular symmetries in a turbulent atmosphere are investigated based on the extended Huygens–Fresnel integral. The beamlet used in our paper for constructing the laser array beams is of elliptical Gaussian mode. Analytical formulae for the average irradiance of phase-locked and non-phase-locked radial and rectangular laser array beams are derived through vector integration and tensor operation. The irradiance properties of these laser array beams in a turbulent atmosphere are studied numerically. It is found that both phase-locked and non-phase-locked radial and rectangular laser array beams eventually become circular Gaussian beams in a turbulent atmosphere, which is much different from their propagation properties in free space. The propagation properties are closely related to the parameters of laser array beams and the structure constant of the turbulent atmosphere. PACS 42.25.Bs; 41.85.Ew; 42.68.Ay     

基于组合模理论设计的激光二极管阵列外腔

针对激光二极管阵列提出了"组合模"概念,计算了组合模的远场分布.每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构.基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征,设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列.运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化.与自由运转的激光二极管阵列相比,离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍.在抽运电流为16 A时,测得输出激光的功率1.82 W,这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79%.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列,而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率,高光束质量输出的激光.     

Experimental study of cophasing dynamics in passive coherent combining of fiber lasers

We have used a two-channel fiber laser array for the study of cophasing dynamics in a passively locked laser array for coherent combining. Starting from an in-phase laser emission, the array was unbalanced by a short phase perturbation introduced on one arm. The dynamics for recovery of phase locking and recovery of initial power of the laser array have been characterized. Cophasing was found to be quickly restored, in a few cavity rounds, before the gain dynamics brought back the steady-state power.     

大功率半导体激光器阵列热串扰行为

以硬焊料传导制冷,30%填充因子半导体激光器阵列为例,建立了三维有限元模型,对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明,当其连续波工作时间大于1.2 ms后,阵列内发光单元之间出现热串扰现象;当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时,阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低,有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变,发现随阵列填充因子的增加,器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低,而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感;保持阵列单个发光单元输出功率,发光单元尺寸及阵列宽度不变,增加发光单元个数后,阵列内各发光单元之间热串扰加剧,填充因子越高阵列升温速率越快;但在最初约70 s内,包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5 ℃,有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。     

大气湍流和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展

介绍了大气湍流效应和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展。主要介绍了合成激光在大气中传输的解析和数值模拟研究方法,大气湍流效应对列阵合成光束的光强分布、远场发散角、方向性、曲率半径和湍流距离的影响,以及大气热晕效应对列阵合成光束的光强分布、传输效率、重心偏移、热晕时间尺度和焦移的影响。研究结果表明,大气湍流效应和热晕效应对合成激光光束质量的影响与光束合成方式、合成光束参数以及大气参数密切相关。     

Study on the Beam Quality of Uncoupled Laser Diode Arrays

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｔｅｎｓｗａｔｔｓｏｒｓｅｖｅｒａｌｈｕｎｄｒｅｄｓｗａｔｔｓａｒｅａｖａｉｌａｂｌｅｉｎｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ.Ｔｈｅｙｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｕｍｐｉｎｇｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｌａｓｅｒｓａｎｄｌａｓｅｒｍｅｄｉｃｉｎｅ .Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｌａｓｅｒｓａｎｄＣＯ2 ｌａｓｅｒｓ,ｔｈｅｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｈａｓｄｉｆｆ…     

Optimal Truncation of Element Beam in a Coherent Fiber Laser Array

The beam quality of a coherent fiber laser array often suffers from the low fill factor of the Gaussian laser array. One simple and effective approach to improve the fill factor is to truncate the array element properly. An analytical expression for far-field intensity distribution of a truncated coherent fiber laser array is derived. Optimal truncation of the element beam in different coherent fiber laser arrays is obtained by using energy encircled in the far-field central-lobe as the beam quality criterion. By optimal truncation, energy encircled in the central-lobe can be 97% compared with the ideal case. The shift in optimal truncation parameter in the case of phase noise is also analyzed.     

Study on the Beam Quality of Uncoupled Laser Diode Arrays

The beam quality of uncoupled laser diode array is studied theoretically and experimentally. By calculating the second order moments of the beam emitted from the laser diode array, the dependence of the M2-factor of the laser diode array on the M2-factor of the single emitter, the ratio of the emitting region to the non-emitting space, and the number of emitters, has been deduced. From the measurement of the beam propagation the M2-factor of a laser diode bar is experimentally determined. The measured M2-factor of the laser diode bar agrees with the theoretical prediction.     

多单元光纤激光阵列的倾斜控制实验研究

本文结合光纤激光阵列技术的发展趋势,介绍一种基于大模场面积光纤的自适应光纤光源准直器的研制进展,搭建七单元光纤激光阵列,进行平行发射体系下阵列间的倾斜控制实验,并初步探索了基于目标在回路的共形发射体系下阵列间的倾斜控制.最后,在三级全光纤放大链路的主振荡-功率放大系统中,完成了两路10W量级光纤激光阵列的倾斜控制及锁相.为在实际大气环境下应用光纤激光阵列技术提供了参考.