高亮度半导体激光器泵浦光纤耦合模块

采用一种阶梯排列结构的单管激光器合束技术制成了高亮度半导体激光器光纤耦合模块,可用于泵浦掺Yb3+大模场双包层光纤激光器。利用微透镜组对各单管半导体激光器进行快慢轴准直,在快轴方向实现光束叠加,然后通过两组消球差设计的柱面透镜组分别对合成光束快慢轴方向进行聚焦,耦合进入光纤。实验中将6只输出功率为6 W 的976 nm单管半导体激光器输出光束耦合进芯径为105 m、数值孔径为0.15的光纤中,当工作电流为6.2 A 时,光纤输出功率达29.0 W,光纤耦合效率达到80.1%,亮度超过4.74 MW/cm2-str。     

基于偏振复用技术的激光二极管光纤耦合方法

光纤耦合输出的高功率激光二极管(LD)模块作为光纤激光器的抽运源已经得到了广泛应用。为了进一步提高光纤耦合激光二极管输出功率,提出了利用激光二极管输出光束的线偏振特性,采用偏振复用技术,将两只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦的光纤耦合方法。利用光线追迹法,分析了圆柱透镜对激光二极管发散光束的准直特性,并讨论了柱透镜的安装距离对准直性能的影响。根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜组。采用这种方法将两只输出波长为980 nm的高功率激光二极管输出光束耦合进数值孔径0.22,芯径100μm的多模光纤中,当工作电流为4.5 A时,光纤激光连续输出功率为6.36 W,耦合效率大于78%。     

光纤激光器透镜耦合系统的优化设计

准直一聚焦双透镜系统是光纤激光器中常用的一种泵浦耦合技术,但是对于大功率LD泵浦源尾纤输出的多模类高斯光束,难以解析表达其中高阶模式的透镜变换规律,根据此设计透镜耦合系统过程也很复杂。本文用几何光学的方法保证数值孔径的匹配,以类高斯光束光斑尺寸作为基模高斯光束束腰,用基模高斯光束传播规律来简化大功率光纤激光器透镜耦合系统的优化设计.最后给出了一个利用MAT-LAB优化工具函数设计双透镜聚焦耦合系统的实例。     

弯曲双包层光纤吸收效率的理论分析

以耦合功率理论为基础,提出了一种分析弯曲结构双包层光纤吸收效率的新方法.在双包层光纤内,由于弯曲结构引起在内包层中传输的泵浦光发生模式间的耦合,通过分析居于主要地位的模式间发生耦合的情况,计算耦合功率的大小.然后根据此功率的大小,判断弯曲结构双包层光纤内掺杂纤芯吸收泵浦光功率能力的强弱,并通过计算实例,分析弯曲结构对吸收效率的影响.最后结合侧面泵浦耦合技术,提出了一种新的大功率双包层光纤激光器的设计模型.     

基于光纤光栅谐振腔的双包层光纤激光器

理论分析了线型腔双包层光纤激光器的输出特性,包括光纤长度、光纤损耗及后腔镜反射率对激光输出功率和阈值泵浦功率的影响.设计了基于光纤光栅谐振腔的双包层光纤激光器,采用锥度光纤实现了泵浦模块与双包层光纤之间的低损耗连接,实现了全光纤化的掺Yb3 双包层光纤激光器,其阈值泵浦功率为300 mW,在泵浦入纤功率为17 W时达到了10.5 W的最大激光输出功率,斜率效率为62%.     

高功率半导体激光器光纤耦合模块

光纤耦合输出的高功率激光二极管模块具有体积小、光束质量好、亮度高等特点,在泵浦光纤激光器、材料处理、医疗仪器等领域都获得了广泛的应用.为了进一步提高光纤耦合激光二极管模块的输出功率,提出了基于多只激光二极管串联的光纤耦合方法.这种方法具有耦合效率高、光学元件加工简单等特点.利用两组反射镜,将多只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦,耦合进光纤输出,根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜.利用特殊加工的A1N材料作为过渡热沉解决了激光二极管的导热和相互之间的绝缘问题.采用这种方法将4只输出波长为980 nm的高功率激光二极管输出光束耦合进数值孔径0.22、芯径100μm的多模光纤中,当工作电流为4.0 A时,光纤连续输出功率为11.6 W,耦合效率大于79%.     

微光学元件阵列面阵LD光束整形及光纤耦合

采用微透镜阵列组成的快、慢轴准直器件进行高功率面阵半导体激光器阵列光束准直,从而减小其光参数积,进一步采用棱镜阵列对准直光束进行整形,实现两方向光束质量的平衡,使激光束的综合光参数积小于光纤的光参数积,提高光束质量,获得高耦合效率的光纤耦合模块.对5个吧条组成(每个吧条40 W、总输出功率为200 W)的面阵半导体激光器光束进行准直、整形聚焦并耦合到芯径800μm、数值孔径0.22的多模光纤,获得125.4 W的激光输出.     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

大功率双包层光纤准直器的建模与仿真分析

研究了一种适用于大功率激光应用的双包层光纤准直器。考虑在制作准直器时,双包层光纤尾纤和C-lens 透镜端面8倾斜角度的影响,从高斯光束通过复杂光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学的理论,在光线传输的子午面和弧矢面上分别进行建模计算,推导光线的传输变换矩阵。结合实际应用中光纤及C-lens 透镜的相关参数,仿真分析了尾纤与C-lens 透镜间距及C-lens 透镜参数对准直器工作距离和出射光束腰直径的影响。研究结果对进行大功率准直器的设计具有指导意义。     

高斯光束在光纤间的耦合

高斯光束在光纤之间的耦合方式有多种,常用的一种是准直聚焦的透镜耦合系统。为确定耦合系统的参数,首先分析单透镜对高斯光束的变换,从变换后束腰半径的表达式中看出它受到多个变量的影响,通过作图找到了束腰半径的变化规律。然后把这一规律应用于准直聚焦透镜组成的耦合系统中,得到了确定耦合系统参数的一般方法。最后给出了一个光纤间耦合的实例。     

High-Power Coherent Beam Combining of Two Photonic Crystal Fiber Lasers

Coherent beam combining of two large mode area photonic crystal fiber (LMA PCF) lasers is studied experimentally by using a self-imaging technique. Steady interference strips with high visibility of 35% are observed in high-power operation, which demonstrates the obvious advantages of the LMA PCF over the conventional double-clad fiber in coherent beam combining. Experiments also show that the reflectivity of coupling output mirror affects the coherent output power. The maximum coherent output power of 80 W with approximate 90% combining efficiency is achieved when the pump power is 130 W and the reflectivity of coupling output mirror is 5%.     

Multi-coupler side-pumped Yb-doped double-clad fiber laser

The side-coupler of angle polished method, using angle-polished multimode fiber and optical adhesive, is used to efficiently pump an Yb-doped double-clad fiber laser. The maximum coupling efficiency of 78.6%is achieved by the side-coupler for a multimode fiber with a circular core of 200 μm and a double-clad fiber with a 350/400 μm D-shaped inner cladding. While laser diodes (LDs) with three side-couplers are simultaneously used as pump sources, maximum output power of 1.38 W and slope efficiency of 48.9% are demonstrated in the fiber laser system.     

紫外-可见光谱水质检测系统的多束LED光纤耦合研究

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题,提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案.运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究,针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题,设计了非球面准直透镜,准直后发散角为0.403 mrad;针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计.实验结果表明,合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412 μm,GEO点尺寸为290.071 μm,光束中95％以上的能量集中在300μm以内,实现了多束LED光源与光纤的高效耦合.     

High-Power Broadband Ytterbium-Doped Helical-Core Fiber Superfluorescent Source

Highly efficient operation of a double-clad ytterbium-doped helical-core fiber in a superfluorescent (nonlasing) configuration has been demonstrated. The fiber was cladding-pumped by a diode-stack at 976 nm and yielded 107 W of amplified spontaneous emission from the two ends of the fiber for 168 W of absorbed pump power in an output beam with a beam propagation factor (M²) of 2.8. At pump powers over 40 W, the slope efficiency with respect to the absorbed pump power was 76%. The emission spectrum spanned the wavelength range from 1030 to 1160 nm and the bandwidth (full-width at half-maximum) was 37 nm     

1550nm高功率窄线宽光纤放大器实验研究

研制了1550nm高功率窄线宽光纤放大器。实验中以单频窄线宽半导体激光器为信号源,15m长Er^3＋／Yb3＋共掺双包层光纤为增益介质,抽运源采用两支980nm波长大功率激光二极管,抽运阈值功率约0．6W,在抽运功率为10W时,得到放大输出功率为1．1W,光-光转换效率为11％,斜率效率为11．7％,增益大于20dB。采用延迟自外差法测量了种子激光放大前后的线宽,测量得到线宽均为220kHz。信号激光通过光纤放大器后对其窄线宽特性没有影响。     

Compact and Efficient Green VECSEL Based on Novel Optical End-Pumping Scheme

We propose a novel lens-less optical end-pumping scheme and report on the development of a highly efficient and compact green vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL). A constant-wave pump-power-limited maximum green output power of 1.1 W and an optical-to-optical conversion efficiency of as high as ~15.7% (=1.1 W/7 W) were achieved using a single chip pump laser diode placed directly behind the VECSEL structure without any beam focusing and shaping optical elements.     

百皮秒激光脉冲的全光纤放大及应用

为了得到高单脉冲能量的百皮秒激光脉冲,采用自制的被动锁模掺镱光纤激光器获得了100ps的激光脉冲输出,在此基础上采用两级全光纤结构主振荡功率放大器进行功率放大,其中预放大级采用7m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,得到平均功率160mW的稳定脉冲输出;主放大级采用20m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,在抽运功率逐步增加到35.37W时,输出功率达到了16.60W,相应的单脉冲能量为1.63J,峰值功率为16.61kW。此外,主放大级输出的激光通过自制的模场转换器与光子晶体光纤(纤芯4.6m)成功熔接,得到了2.85W的白光超连续光谱,光谱波长覆盖了600nm~1700nm的检测范围。结果表明,此激光可用于超连续谱光源的产生。     

2μm掺铥（Tm~（3＋））光纤激光器的实验研究

为了实现高效、紧凑、窄线宽的2μm激光输出,采用中心波长为790nm的LD激光器作为泵浦源端面泵浦掺铥光纤,半导体散热系统,光纤布拉格光栅（FBG）构成谐振腔的全光纤激光器。首先,我们采用一个光栅,光纤尾端采用4%的菲涅尔反射,将所有的光学元件熔接在一起后,我们获得了2μm的稳定输出。当泵浦电流为44A时,获得的最大输出功率为8.7W,斜率效率为29.4%,其线宽为4.5m,阈值功率为0.7W。当采用两个光栅构成谐振腔时,其线宽可窄至3nm左右,光斑质量可得到进一步的提高.实验结果表明：该激光器稳定性可靠、输出激光线宽较窄,功率较高,光斑质量好。