激光二极管光束整形技术

阐述了对LD输出光束进行整形的必要性。在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价。     

大功率激光二极管阵列光束整形技术

大功率激光二极管阵列相比于同等功率的激光器有着优越的高性能和可靠性,在军事、工业、医学、航空航天等领域有着广阔的应用前景.具体应用中,大功率激光二极管阵列的光束整形技术扮演着一个重要角色.丈中提出折反光束整形系统,把线光束整形为方形或者圆形,利用此系统把20mm线光束整形为5mm×5 mm的方形光斑,软件模拟结果证明设计方法的正确性和可行性.     

提高半导体激光二极管功率密度的光束整形方法

针对半导体激光二极管由束散角大（14~46）导致的激光功率密度在传播过程中不断衰减的问题,提出了一种提高激光功率密度的光束整形方法。首先以X型柱面平凸透镜和Y型柱面平凸透镜对激光二极管输出光束慢轴和快轴方向进行准直,然后通过一对平凸透镜组合进行扩束,进一步提高光束平行度,最后由单片平凸透镜将光束聚焦为高功率密度的光点。采用Light Tools软件仿真光路、优化光学元件参数,对光学元件进行实际选型后安装并调试光束整形系统。测试结果表明:半导体激光二极管输出光束的67%激光能量汇聚于直径1 mm圆内,激光功率密度优于30 W/cm2。     

大功率激光二极管阵列光束整形技术综述

大功率激光二极管阵列相对于其他同等功率水平的传统激光器有很多突出的优点,但由于其输出光束质量差,影响了它的直接应用,因此大功率激光二极管阵列的光束整形技术成了人们关注的一个热点问题,该文介绍了光束整形的原理并对近年来商业中常用的光束整形技术进行了分析评估.     

高能飞秒激光光束锯齿光阑截趾整形

针对高能飞秒固体激光器光强分布光滑均匀的要求，研究了飞秒光束通过锯齿光阑和空间滤波器的传输特性。和单色激光的衍射不同，宽带的飞秒光束衍射调制较小，直接利用锯齿光阑，便能获得近场光强分布相对均匀的光束。     

宽发射面激光二极管光束整形系统的光学设计

宽发射面激光二极管作为泵浦源在全固态激光器中得到了广泛的应用,但由于快慢轴发散角太大和发光面的不对称,所以需要对其进行光束整形。针对发光面为1m（快轴）200m（慢轴）且远场光斑为矩形光斑的宽发射面激光二极管,分析了输出光束在平行于p-n结方向上光场（侧模）的多光丝分布特性。通过在ZEMAX非序列里,设置合理的光丝间隔、尺寸和以纵模为间隔的多个波长,模拟了与实际相符的远场光斑。利用圆柱透镜压缩激光二极管快轴发散角,再用自聚焦透镜进行聚焦,最后在离自聚焦透镜后端面1.8 mm处得到快慢轴方向长分别为0.15 mm0.17 mm的方形光斑,且快慢轴方向发散角分别为3.32.4。同时,通过实验逐步比较了光束通过每一个光学元件后光斑形状的变化和光强分布,结果表明:宽发射面激光二极管光束整形中,通过引入侧模光丝结构的矩形光斑模拟方法是可行的。     

双平行平面反射镜在激光二极管阵列光束整形中的应用

为了实现激光二极管阵列(LDA)的高亮度光纤耦合输出,设计了一套简单有效的光束整形系统.首先采用快慢轴准直透镜压缩LDA的发散角,然后采用双平行平面反射镜光束整形装置,将压缩后的LDA慢轴方向的光束分为4束(也可以根据需要分为任意多束),并将4束子光束在快轴方向重新排列,最后通过聚焦系统,将整形后的光束耦合进入芯径600 μm,数值孔径0.37的光纤.实验测得双平行平面反射镜整形装置的效率为98.87%,系统的整体效率为77.2%.该整形系统设计简单,效牢高,具有很高的应用价值.     

新型激光二极管列阵光束整形方法

设计并制作了一套简单有效的光束整形系统,用以改善激光二极管列阵器件(LDA)的光束质量,减小快慢轴光束质量积的差别,实现高亮度光纤耦合输出。首先采用快慢轴准直透镜压缩LDA的发散角,然后采用双面分区镀膜的单片平面镜,通过反射和折射将压缩后的LDA慢轴方向的光束分为7束,并将7束子光束在快轴方向重新排列,实验测得整形装置的效率为95.2%。该整形系统设计简单,效率高,具有很高的应用价值。     

超高斯光束经椭圆环光阑的衍射和光束质量评价

本文采用数值计算方法讨论了超高斯光束经椭圆环的的衍射现象。以桶中功率（PIB）、β参数和η参数为远场激光光束质量的评价参数,对超高斯光束经椭圆环光阑后的光束质量作了详细的研究,大量数值计算和物理分析表明,在椭圆环外径一定的条件下,超高斯光束经椭圆环衍射后的光束质量与椭圆环的遮拦比和超高斯光束的阶数有关。     

不同扩束镜对激光切割质量的影响研究

光束质量的好坏直接影响激光切割的水平,扩束镜是激光器光束整形中常用的光学元器件,然而扩束镜的质量对切割质量的影响鲜有报道。本文从理论和实验上分析两款不同扩束镜对切割质量的影响。研究表明:扩束镜1使激光光束发散角更小,真圆度更好,能量分布更集中,明显的改善了光束质量,因此明显的减轻了炭化,切缝更窄,满足了实际切割的要求。     

球面分布的半导体激光二极管阵列泵浦结构的研究

一个用来泵浦的半导体激光二极管堆栈包括8个半导体激光二极管阵列。这些阵列排布在一个球面上,每个bar条的输出激光被离轴压缩来实现高效率的耦合。半导体激光二极管堆栈的输出光束由一个空心导光管耦合到激光工作介质上。针对用于耦合半导体激光二极管堆栈的空心导光管进行了几何光学和光线追迹的分析。几何光学的分析揭示了耦合损耗的原因,并用来指导结构的设计。光线追迹分析结构参数和泵浦系统的输出特性,用来指导耦合系统参数的优化。模拟和分析结果表明,将半导体激光二极管阵列排布程球面可以提高偶和效率,降低最优化的导光管长度,改善输出能量场的分布。     

大光束光纤耦合半导体激光准直系统

光纤耦合半导体激光器广泛的应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。文中详细的介绍非球面透镜设计方法,设计了数值孔径NA=0.37,光纤芯径φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光非球面准直透镜,准直透镜的焦距f=50mm。从像质评定可以看出,非球面准直镜几乎接近衍射极限,整个系统的波像差小于0.3λ。实验结果证明,采用非球面准直系统,能提高光能的利用率,并获得高效准直光束。     

半导体激光器光束谱合成效率的分析

针对半导体激光器的光束谱合成系统结构及其特点,利用Lang-Kobayashi模型建立的速率方程,在稳态情况下,推导出单个子光束经谱合成系统后的效率公式,并进一步讨论了多个光源经谱合成系统后的合成效率及其影响因素。研究结果表明:半导体激光器经谱合成系统的效率与半导体激光器输出端面和外腔输出耦合镜的反射率的相对大小、变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率有关;在实际工程设计中,要尽可能提高变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率,并综合考虑系统效率和光谱稳定性的要求,对半导体激光器输出端面和输出耦合镜的反射率进行优化设计。     

高效率高光束质量的半导体侧泵浦激光器

本文论述了大功率半导体侧面泵浦固体激光器的基本原理,简述了半导体泵浦固体激光器的常见特征。结合实际应用,介绍了一种泵浦效率较高的侧面泵浦激光器,其采用9条单片20W的线阵激光二极管条,分成3组均匀排列在直径为3mm的YAG激光晶体周围,使用陶瓷漫反射体组成聚光腔,当808nm激光的注入功率为180W时,得到较为均匀的62.6W的激光输出,光光效率为35.2%。     

激光光束整形的设计和研究

提出了一种加工工艺成熟、利用率高、实现过程简单的位相透镜光束整形方法。采用几何变换方法进行激光高斯光束平化的研究和设计,给出了模拟设计结果并作了简要分析     

二极管激光阵列在Talbot外腔锁相中的超模分析

采用数值计算的方法,对二极管激光阵列在Talbot腔、1/2Talbot腔和1/4Talbot腔中锁相时,同相模和异相模的分布进行了计算。结果表明:同相模在Talbot腔中成像位置没改变,在1/2Talbot腔中成像的位置有d/2的偏移,成像均没有产生相移;在1/4Talbot腔中同相模的分布是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置没有改变,产生-π/4的相移,另一组成像位置有d/2的偏移,产生π/4的相移。异相模在Talbot腔和1/2Talbot腔中成像位置均没有改变,在Talbot腔中异相模产生-π/2的相移,而在1/2Talbot腔中产生-π/4的相移;在1/4Talbot腔中异相模也是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置向左偏移d/4 ,一组向右偏移d/4 ,均产生-π/8的相移。所得结果给出了二级管激光阵列在Talbot外腔中同相模和异相模的分布规律。     

不同空间分布光束通过聚焦光学系统传输特性的比较

基于柯林斯公式和ABCD传输矩阵理论，在相同激光功率和初始束宽下，研究了不同空间分布光束通过聚焦光学系统的传输特性，结果表明，入口处不同阶次的超高斯光束在距离光学系统焦点一半的位置（z=f/2)，光强分布的差别很大，轴上光强随着阶次的增加，先增加，然后减小至固定值；聚焦光学系统入口处超高斯光束的阶次越大，即光强分布越均匀，在光学系统的焦点位置（z=f)，光轴上激光强度越大，直至趋于固定值，但光强分布的差别不大。     

氧化锌单晶DFB半导体激光器的设计与分析

基于严格耦合波理论(RCWA)和介质平板波导理论,针对光通信中的1550 nm波长,设计了一种基于氧化锌(ZnO)单晶的分布反馈式(DFB)半导体激光器的光栅结构,分析了二维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了光栅结构的变化对其单纵模传输的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为489 nm,占空比为50%,光栅深度为400 nm时,全局电场能量达到了8.3×107 J,光谱线宽小于0.1 。该激光器具有很好的窄线宽输出以及波长选择特性。理论分析与仿真结果基本一致为后期进行该器件的制备提供了较好的参考。     

集成双稳半导体激光器输出光强的线性稳定性分析

从速率方程出发,利用线性稳定性分析方法,分析了单片集成双稳半导体激光器输出光强的稳定性。结果表明此类双稳半导体激光器具有很大的双稳范围。