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。     

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     

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。     

锥形发散梯度折射率介质的激光束传播特性

本文从近轴波动方程出发，导出在锥形发散梯度折射率介质中传播的高斯光束光斑半径，波面曲率半径及光强分布的解析式，讨论了激光速的发散传播特性。     

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。     

光纤微透镜用于阵列半导体激光器快轴准直研究

文章采用石英光纤作为柱透镜,进行阵列半导体激光器的快轴准直实验研究,采用ISO推荐的光强二阶矩的方法,测量了发光面为1μm ×150μm的阵列半导体激光器准直后的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度,并根据测量结果计算了光束传输因子(M2 因子) 。以此为基础,研制了耦合光学系统,采用直径200μm柱面透镜准直后,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到0. 42°,系统准直耦合效率达到89%以上。     

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。     

半导体激光阵列“Smile”效应下快轴准直镜的装调

针对3种典型"Smile"形态的半导体激光阵列(LDA)如何装调快轴准直镜的问题,开展"Smile"条件下快轴准直实验定量研究。利用光纤近场扫描法和最小二乘法获得LDA的"Smile"值,采用Zemax非序列模式,模拟"Smile"下LDA的快轴准直。结果表明,LDA的"Smile"大小及形态分布影响准直镜装调位置,透镜光轴需要与LDA匹配,否则会造成光束质量的劣化。这为实际掌握LDA的快轴准直安装提供一种思路,为进一步集成高功率高光束质量的大功率半导体激光器提供了理论和实验基础。     

半导体激光阵列“Smile”效应下快轴准直镜的装调

针对3种典型“Smile”形态的半导体激光阵列(LDA)如何装调快轴准直镜的问题, 开展“Smile”条件下快轴准直实验定量研究。利用光纤近场扫描法和最小二乘法获得LDA的“Smile”值, 采用Zemax非序列模式, 模拟“Smile”下LDA的快轴准直。结果表明, LDA的“Smile”大小及形态分布影响准直镜装调位置, 透镜光轴需要与LDA匹配, 否则会造成光束质量的劣化。这为实际掌握LDA的快轴准直安装提供一种思路, 为进一步集成高功率高光束质量的大功率半导体激光器提供了理论和实验基础。     

锥形发散梯度折射率介质的激光束传播特性

本文从近轴波动方程出发,导出在锥形发散梯度折射率介质中传播的高斯光束光斑半径、波面曲率半径及光强分布的解析式,讨论了激光束的发散传播特性。     

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。     

二极管侧面泵浦圆片激光器增益介质内泵浦光分布

设计了二极管侧面对称泵浦Nd:YAG圆片激光器实验装置，耦合系统采用简单且有效的柱透镜组，分别对二极管快轴和慢轴方向的泵浦光进行压缩准直。模拟得到并分析了二极管的发散特性对增益介质内泵浦光分布的影响，模拟采用光线追迹法，且同时考虑了二极管在快轴和慢轴方向的发散特性。实验得到增益介质内的荧光分布与模拟得到的泵浦光分布相吻合。     

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%。     

圆柱面镜用于端面抽运光束整形误差分析

为了简化二极管端面抽运固体激光器的快轴准直,建立了圆柱面镜和聚焦镜作为二极管快轴准直系统的模型,给出了系统设计方法和关键参数的控制方法,通过仿真论证了以圆柱面镜做二极管激光器快轴校准的可行性,抽运光腰斑的大小和位置可以通过选择柱面镜半径、光源到柱面镜的距离、柱面镜到聚焦镜的距离及聚焦镜焦距来控制.结果表明,当柱面镜半径3mm、光源到柱面镜的距离0.7mm、柱面镜到聚焦镜的距离及聚焦镜焦距5mm时,抽运YAG晶体可以得到大于47%的光-光效率.     

双曲柱面-平面透镜准直特性分析

基于光线传输理论对双曲柱面-平面透镜准直半导体激光光束的特性进行了研究,并用解析的方法讨论了在有误差时各参数对准直效果的影响,为正确认识、纠正误差,尽可能发挥双曲柱面-平面透镜的准直作用,改善半导体激光器快轴方向光束的质量,提供了理论依据。     

一种用于激光二极管阵列快慢轴同时准直的新型准直器

利用光学软件ZEMAX优化设计并实际制作了一种可用于激光二极管阵列(LDA)快慢轴同时准直的新型准直器件,这种准直器利用三维精密调节系统对D型光纤的侧面进行刻蚀,在D型光纤的纵向上形成一个微型柱透镜阵列,其折射率与光纤折射率相同.利用这个微型柱透镜阵列对激光二极管阵列的慢轴进行准直,同时利用D型光纤横向上D型结构对激光二极管阵列的快轴进行准直.准直后的光束发散角为1.82 mrad×10.4 mrad,功率损失在10%以下.