双曲柱面-平面透镜对半导体激光光束的准直性能

根据光线传播的基本原理,位于偏心率恰为相对折射率的双曲折射面外侧焦点上的点光源所发出的发散光,经折射后可成为较为理想的准直光束、因而可以制作用于半导体激光二极管条快轴方向准直的双曲柱面-平面透镜。本文通过计算和推导,用解析式表达并讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过双曲柱面-平面透镜后的半宽度、光强分布和光能转换效率,为正确认识和使用微双曲柱面-平面透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散,提高光束质量提供了理论依据。     

以半导体激光器为光源的记录光学系统设计

记录光学系统由作为光源的单模半导体激光器,准直物镜、柱面扩束物镜、旋转多面体,FQ透镜以及光敏介质所组成。在不修正半导体激光器象散值△s时,准直物镜的焦点基本上位于半导体激光器结平面的垂直平面光束原始发散点位置上;柱面扩束物镜仅在结平面的平行平面上具有光焦度,其倍率Γ应满足关系式 光敏介质应位于FQ透镜后焦点附近。     

基于像散曲面微透镜的半导体激光准直研究

为了实现半导体激光器的光束准直,分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元,提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后,快轴方向剩余发散角约为0.34,慢轴方向剩余发散角约为2.69。结果表明,像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直,而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。     

基于双焦距微透镜的半导体激光束准直的研究

针对半导体激光器光束的准直,从分析光束本征像散的角度出发,给出利用单个双焦距微透镜准直LD光束的方法;理论分析和ZEMAX模拟表明在快慢轴两个方向均为双曲面轮廓的双圆锥曲面透镜能实现对光束快慢轴的同时准直;利用光刻胶热熔融法制作了具有双焦距的椭圆形微透镜,并进行了半导体激光器光束的准直实验,测量光束准直前后的发散角,结果表明双焦距微透镜可以实现准直。     

双半圆柱透镜准直半导体激光光束

柱透镜被广泛运用于准直半导体激光光束,而普通圆柱透镜准直能力并不高,为了克服这一不足,提出一种新的柱透镜结构:双半圆柱透镜(DHCL);基于光线传输理论导出该结构柱透镜准直激光光束的基本公式并给出数值模拟的结果。理论分析和数值模拟均表明:在用于准直半导体激光器输出光束方面,双半圆柱透镜突破了普通圆柱透镜在最佳准直时对透镜材料折射率的限制,提高了结构设计和材料选择的灵活性;特别是在高折射率条件下,双半圆柱透镜对光束的准直能力远远超过了普通圆柱透镜。理论上可以将半导体激光光束快轴方向发散角压缩到0.1 mrad的量级。     

一种激光二极管像散光束准直整形方法研究

为了准直并整形具有像散的激光二极管光束,采用高斯光束q参量变换规律,推导了利用柱面自聚焦透镜整形激光二极管光束应满足的条件,并在此基础上,通过软件模拟优化,得到了一套效果良好的光束整形准直系统。经过准直整形后光束快慢轴方向发散角基本相等,均小于0.7mrad,束腰位置差异小于2.8mm。结果表明,系统中柱面自聚焦透镜的应用起到了较好的效果,准直整形后的光束具有发散角较小且旋转对称等特点。     

共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束特性研究

基于光线传输理论对椭圆柱透镜及共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束的特性进行了研究。结果表明：这两种柱透镜的准直效率随折射率的变化不大,这在一定程度上提高了透镜材料选择的灵活性;并且理论上,共轴双半椭圆柱透镜可以将半导体激光光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级。     

非球面液滴透镜在LD光束整形中的应用

根据电场作用改变液滴面形的原理,提出直接在半导体激光管封装窗口上制作非球面透镜来准直半导体激光器的光束.在研制的半导体激光器准直和实时检测系统中,使用SU-8光刻胶滴于半导体激光器封装窗口上,同时限制液滴底面轮廓,用电场操控液滴透镜的面形,通过实时检测系统检测到较好的光束状态时,采用紫外光固化技术使液滴透镜固化成固体透镜,在半导体激光管封装窗口上制作出具有两种焦距的准直透镜,从而完成准直半导体激光器的制作.实验表明:所制作出的液滴透镜可同时对相互垂直方向上不等的发散角进行准直,发散角分别可达到θ⊥=14 mrad.θ∥=10 mrad.     

用圆柱透镜准直半导体激光光束的分析

根据光线传输的基本原理 ,讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过圆柱透镜后的准直特性以及光强分布的改变 ,为正确认识和使用微圆柱透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散提供了理论依据     

专利

制造平面全息光栅的质量通常取决于用反射镜或透镜准直的激光束.任何误差都会影响生产每一个光栅的质量.本专利提出一种用三个特制的平面全息光栅代替几个主要的光学元件.用发散光束写入,所以在针孔和光栅之间不需要加任何光学元件,这样使衍射光栅槽略呈双曲线形.只要这些光栅槽相同或有准确比率2,曝光系统就对波前误差以及照射光波长微小变化进行自补偿(美国专利号:5394266)     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲(SET)效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲（SET）效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

全固态激光器中掺Nd3+离子激光晶体热效应的研究

激光晶体吸收激光二极管的泵浦光能量,产生激光振荡的同时有相当一部分泵浦光能量会转变为激光晶体的热量并耗散在晶体内,产生的热效应严重影响到激光器的性能和品质。通过对于激光晶体端面泵浦方式的分析,利用半解析热分析方法得出了晶体内部温度场和热形变场的计算方法,并对几种典型的掺Nd3+离子晶体的温度场和端面热形变场及其产生差异的原因进行了定量分析。研究方法和得出结果可以应用到内有热源、具有轴对称形式的模型中,对于激光二极管泵浦的全固态激光器的设计提供基础理论的铺垫。     

单量子阱激光器小信号频响特性模拟分析

量子阱激光器具有优良的性能 ,是宽带通信的重要光源。基于三层速率方程的量子阱激光器模型在明确引入了过渡态的概念后 ,对于量子阱中载流子的传输过程就有了更完整的描述。文中运用三层速率模型 ,对小信号调制下单量子阱激光器的频率响应进行模拟分析。与公开发表的文献资料比较 ,所设计的模型精度高 ,易于分析 ,有实用意义。     

激光二极管的光功率数字可调控制系统设计与仿真

小型测量仪及通讯仪器通常采用激光二极管作为其光源,这是因为它具有体积小、效率高、结构简单和价格便宜等优点.但是激光二极管的运行质量,与其驱动电源的性能密切相关,电流的起伏会引起光功率的变化,这就需要高性能电源驱动系统才能获得稳定、准确可调的光功率输出.根据激光二极管的工作原理,设计了以单片机控制为核心采用模糊控制技术以及附加一路参考信号的激光二极管光功率数字可调控制系统.系统利用智能模糊控制技术,可有效实现激光二极管光功率的实时控制和显示,可以获得稳定、准确可调的光功率输出.     

Modeling high-speed optical transmission systems

Computer simulation of a 2.5-Gb/s intensity-modulated/direct-detected optical system with high path dispersion is described. This simulation, based on single-mode laser diode rate equations, includes transmit and receiver circuit filtering, receiver circuit noise, avalanche photodiode noise, fiber dispersion, and laser chirp. The rate equations are sufficiently general to model mode-offset distributed feedback laser diodes. The system power penalty, due to laser chirp and fiber dispersion, is calculated using Gaussian quadrature numerical integration. By simulating a population of some 12800 laser diodes and correlating the performance of each laser in a transmission system with its spectral characteristics, it is possible to deduce laser specifications that will assure satisfactory operation in long-span links. These results are used to study a laser diode specification under consideration by CCITT, and, by studying the simulated laser line shapes, some modifications to the CCITT specification are considered     

Nonlinear distortion performance of narrow stripe-geometry lasers

Using the theoretical normalised current-light characteristic of a narrow stripe-geometry laser, an empirical formula is developed for the normalised light-current characteristic. Using this formula, closed-form expressions, in terms of the modified Bessel functions, are obtained for the nonlinear distortion components in the light resulting from exciting the laser diode by a multi-tone input current. These formulas can be used to predict the large signal performance of a narrow stripe-geometry laser diode by using simple hand calculations.     

Thermal management strategies for high power semiconductor pump lasers

Semiconductor pump lasers are an important component in erbium-doped fiber amplifiers and Raman amplifiers. Thermal management has become one of the major obstacles of pump laser development. Understanding of the thermal behavior of high-power laser packages is crucial to the thermal design and optimization of pump lasers. In this paper, we report on the thermal characteristics of a high-power pump laser and discuss the issues associated with heat dissipation. The thermal management of high-power pump laser modules mainly consists of three aspects. One is the thermal resistance reduction which reduces bulk temperature rise in the laser diode chip. The second is facet temperature control, and the third is the thermoelectric cooler (TEC) coefficient of performance improvement. In this paper, the approaches to reduce thermal resistance and facet temperature at the chip level and package level will be reviewed, and the thermal design and optimization of the package assembly to improve the TEC coefficient of performance will be discussed. The thermal resistance of a pump laser could be reduced up to 40% by the proper design of the laser chip and epi-down bonding. An unpumped window design in the pump laser diode is proven to be very effective in reducing the facet temperature and increasing the catastrophic optical mirror damage level. Assembly and package optimization can provide more uniform temperature distribution on TEC cold plate which is critical in improving the TEC coefficient of performance.     

Oscillation frequency, linewidth reduction and frequency modulation characteristics for a diode laser with external grating feedback

Simple analytical expressions are given for the oscillation frequency, linewidth, FM noise spectrum and frequency modulation characteristics of a diode laser with external grating feedback. The analytical expressions are found to be in good agreement with experimental results and to be useful for quantitative predictions and optimisations of the external feedback controlled diode laser performance.