改善高功率激光二极管阵列光束质量的一种新方法

根据波导模理论，推导了高功率激光二极管阵列的远场分布，根据其分布特点，设计了一种离轴外腔.运用这种外腔，在工作电流为17A时，光束的束宽积从自由运转时的1100mm·mrad减小到128mm·mrad，二极管阵列的光束质量提高了8.5倍左右，输出功率约为自由运转时的75%.     

闪耀光栅外腔反馈压窄半导体激光器线宽技术的研究

在讨论半导体激光线宽压窄理论的基础上,利用闪耀光栅作为外部反馈元件,介绍了由中心波长为949.6nm、原始线宽为1.2THz的单管半导体激光器构成的反馈外腔,它能够很好的改善半导体激光器的性能。实验得到了中心波长稳定的、单纵模的高质量激光输出,边模抑制比大于30dB,线宽优于1.2MHz(Δλ<3.6×10-6nm)。实验证实了强反馈能够很好地改善外腔半导体激光器的动态特性。     

可调谐单模窄线宽外腔半导体激光器

可谐谐单模窄线宽外腔半导体激光器具有光谱纯度高，波长覆盖范围广（０．６－３５μｍ）、结构紧凑、效率高，寿命长，成本低，可靠性高，使用方便等突出优点，９０年代以来已在新兴的光纤通信，光学元件测试，计量检测传感、高分辨率光谱分析、生物医学等领域推广应用，本文对外腔半导体激光器的工作原理，结构性能，发展历史及应用前景作了简要的介绍。     

基于双透镜外腔结构的窄线宽可调谐半导体激光器

设计了一种具有独特双透镜外腔结构的可调谐窄线宽激光器,利用一个温控50 GHz的标准具提供ITU标准波长序列,通过一个压电陶瓷驱动的Fabry-Pérot可调谐滤波器选择一个标准波长实现单波长输出。实验结果表明:该激光器的调谐范围达到了1 525～1 580 nm,覆盖整个C波段,线宽为37.5 kHz,400 mA电流条件下的输出功率超过50 mW,边模抑制比超过50 dB,达到或超过相干通讯应用的要求和其他单片集成类器件的指标。另外,本结构具有位置容差大、调谐速度快(<3 ms)、易于实现超窄线宽以及波长微调等优点,待实现小型化和标准封装,其大规模应用将成为可能。     

808 nm激光二极管阵列波长光束组合20 W输出

基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将激光二极管阵列(LDA)发光单元锁定在不同的波长上,以近似平行光束沿光栅的-1级衍射方向组合输出,改善LDA输出光束质量。实验采用发光单元宽度为100 μm、周期为500 μm,由19个单元构成的1 cm普通商用LDA,在连续运行最大注入电流60.6 A时,自由运转输出功率49.8 W时,获得功率为20.1 W的组合光束稳定输出,其光谱宽度为15 nm,对应的远场发散角由约70 mrad变为1.66 mrad,改善后光束质量因子约为32,其值与单个发光单元的光束质量相当。     

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”慨念,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1.82W,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.     

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.     

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。     

双峰远场结构的激光二极管阵列光场传输特性

提出了一种描述激光二极管阵列(Laser Diode Array,LDA)双峰远场结构的光场新模型,该模型同时考虑了激光二极管阵列垂直于结平面大发散角的传输特性,基于亥姆霍兹方程的远场解,运用非傍轴光传输理论分析,得到描述激光二极管阵列远场光分布模型,其结果与实验测量结果吻合较好.     

半导体激光光栅外腔光谱合束压窄光谱的理论研究

介绍了一种减少半导体激光器阵列光栅外腔光谱合束(SBC)整体光谱展宽的方法,通过加入一组变形棱镜对传统光谱合束结构进行了改善。变形棱镜的作用实现减小半导体激光线阵输出光斑宽度,减小入射到光栅上的入射角度进而减小整体的光谱线宽。采用发光单元宽度为100 m、周期为500 m、由19个发光单元组成的常规CM-Bar条进行光栅-外腔光谱合束技术的理论推导及软件模拟,得到了光谱线宽为3.2 nm。与通过增大柱透镜焦距来减小光谱线宽的方法相比,此方法的优势是保证了整体光谱合束的整体结构在500 mm以内,使得各个发光单元有足够反馈量,抑制光束间串扰,保证合束后的光束质量和效率。     

二极管激光线阵光束的远场特性

 利用X-Y函数记录仪测试了双异质结连续60 W,1×19激光二极管线阵（LDB）发射光束的空间光强分布和时间稳定性,被测样品的型号为JOLD-60-CPNN-1L。实验结果表明:组成DLB的19个二极管发射的光束基本上是独立传输的,DLB光束远场光强分布由19个子束非相干叠加而成,并且不随时间变化,发光区间距不相等。以实验为依据,对理论模型做了改进。将低注入电流的实验与用改进的理论模型的计算结果做了比较,二者符合甚好。     

0.02 nm带宽近衍射极限输出的双外腔反馈半导体激光器

实验研究了宽接触条形双外腔反馈半导体激光器,在该激光器的输出表面镀增透膜,反馈是由高反射率平面镜和闪耀光栅组成,通过调整平面镜和光栅的倾斜角度,使得特定的空间模式和纵模注入半导体激光器,使之产生振荡,并抑制了激光腔内振荡的其他横模和纵模数,从而输出单瓣近衍射极限的激光束。同时在腔内插入标准具,使得输出激光线宽达到0.02 nm,输出功率在150 mW。输出光束的光束质量因子M2为1.16。     

Study on a broad-area laser diode with external cavity feedback

The external cavity feedback of a broad-area laser diode is investigated. In Fourier optic methods, the inserted prism in an external cavity can be interpreted as a spatial filter in the Fourier plane of the laser diode. The transverse mode can be selected by changing the position of the filter. As the result of a self-consistency theoretical analysis, the output beam of the external cavity has a single-lobed far-field profile. It agrees well with the experiment result. The beam times-diffraction-limit-factor M² is measured to be 1.16.     

碱蒸气激光半导体泵浦源谱宽压窄

笑脸效应严重制约大功率半导体激光器输出谱宽压窄。为避免笑脸效应,以中心波长780 nm单宽面源大功率半导体激光器为研究对象,利用利特曼外腔结构,优化外腔参数,在激光器自由运转19 W时,获得11.5 W、外腔效率达61%的窄线宽输出。将窄线宽输出激光通过长25 cm, 80 kPa乙烷、110 ℃的铷池,96.7%的泵浦光被吸收,通过与理论模型对比,推断半导体激光器的输出谱宽为15 GHz(0.03 nm)。     

碱蒸气激光半导体泵浦源谱宽压窄

 笑脸效应严重制约大功率半导体激光器输出谱宽压窄。为避免笑脸效应,以中心波长780 nm单宽面源大功率半导体激光器为研究对象,利用利特曼外腔结构,优化外腔参数,在激光器自由运转19 W时,获得11.5 W、外腔效率达61%的窄线宽输出。将窄线宽输出激光通过长25 cm, 80 kPa乙烷、110 ℃的铷池,96.7%的泵浦光被吸收,通过与理论模型对比,推断半导体激光器的输出谱宽为15 GHz(0.03 nm)。     

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。     

抽运光分布对二极管抽运激光器振荡光光束质量的影响

研究了二极管抽运激光器（DPL）中抽运光的空间分布对振荡光光束质量的影响.通过对端面 抽运情形下光场运动方程的研究，发现不均匀的空间增益分布会影响激光振荡的模式，并且 使得基模振荡光偏离高斯分布.引入一个称之为抽运光影响因子参数，来判断这种影响的程 度.研究表明，这个参数计算方便而且实用.在对基模调Q脉冲激光的研究中发现，由于抽运 光的影响，脉冲前沿的场分布将由远离高斯分布向接近高斯分布变化，称之为脉冲前沿的场 倏变现象. 关键词： 激光二极管 二极管抽运激光器 光束质量     

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。