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.     

高亮度半导体激光泵浦源光纤耦合系统设计

为了提高半导体激光器作为光纤激光器、固体激光器泵浦源的亮度，基于光束准直、空间光束合成、偏振光合成、光纤耦合等技术，提出了一种紧凑的光束整形系统来均衡半导体激光器快慢轴的光束质量，采用类似阶梯型棱镜和两个30°的直角棱镜填充快轴方向暗区，并用偏振合束器对慢轴光束宽度进行压缩的光束整形方案，设计出了一种紧凑的高亮度光纤耦合系统。该系统由8个mini-bar组成的半导体激光器叠阵耦合进芯径为100μm、数值孔径为0.22的光纤中，其输出功率为272.4 W，光光转换效率为85.1%，亮度高达22.832 MW/(cm²·sr)。     

瓦级半导体激光器光束整形装置

介绍了一种采用光束远场发散角分割的方法 ,利用已有专利的微片棱镜堆光束整形器 ,对瓦级半导体激光器光束整形 ,该装置由半导体激光器、微柱透镜、柱面透镜、微片棱镜堆、聚焦系统和光纤组成 ,该方法可在一定程度上改善整形效果 ,具有结构简单、加工和装配容易的优点     

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％。     

基于半导体激光器堆栈的光纤耦合技术

由于半导体激光器快慢轴方向的光束质量相差较大,为完成半导体激光器堆栈的光纤耦合,通常采用棱镜堆对光束进行整形。提出一种先填充快轴方向暗区、后旋转重排的光束整形技术,基于棱镜内部的全反射和平行平板对光束的偏移作用,在不使用棱镜堆的情况下完成了整个光束的整形过程。所提技术可将8个巴条组成的半导体激光器堆栈耦合到芯径为200μm、数值孔径为0.22的光纤中,输出功率可达544.47 W,系统的光-光转换效率达到85%。     

耦合半导体激光进入光纤

测量了半导体激光器的光束质量,对其光束的收集、准直、整形、聚焦和耦合进入光纤进行了实验研究。对于西门子5W diode bar的5个通道之一,采用微型柱面镜及光纤头处理技术,进入200μm光纤的耦合效率高达85.7%。同时还测量了整形系统和光纤的定位灵敏度。     

出纤功率30W的激光二极管线列阵光纤耦合器件

用一根柱透镜对大功率半导体激光器线列阵输出光束的快轴方向进行准直 ,准直后的光束耦合到光纤列阵中 .大功率半导体激光二极管线列阵的输出功率为 4 0 W,线列阵有 19个发光单元 ,每个发光单元的发光区面积为10 0μm× 1μm .大功率激光二极管线列阵耦合后出纤功率为 30 W,耦合效率为 75 % ,光纤的数值孔径为 0 .11     

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。     

用于半导体激光器的棱镜组光束整形方法

随着半导体激光器应用的日益广泛,半导体激光的光束质量在二维方向极不均衡的特点限制了它的应用范围.采用一种等腰直角棱镜组的整形方法,可实现二维方向的光束质量均匀化.实验中整形后快慢轴的光束质量比较接近,整形效率达到90%.经过整形的半导体激光器可以作为高功率固体激光器和光纤激光器的抽运源使用.     

条形半导体激光器准直方法研究

对半导体激光准直变换、能量耦合、整形的方法等进行了研究分析,提出了条形半导体激光器准直变换的处理方法,设计了半导体激光测距准直天线。分析计算表明,采用扩束透镜与棱镜对准直可以将输入参数为发散角10°×40°,发光面100μm×1μm的典型半导体激光束,变换为发散角在1mrad以内的准直光束。     

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。     

激光整形器件在光镊中的应用及进展北大核心CSCD

光镊是一门利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应以实现粒子捕获的重要技术,该技术被广泛应用于纳米或微米级微粒的捕获及操控领域。当今技术和需求的发展对光镊系统的光束变换提出了更高的要求,因此需要对捕获光源的光束进行整形,获得光镊所需的光场分布。以激光光束整形的器件为主线,分别介绍在光镊系统中使用棱镜、衍射光学元件、液晶空间光调制器、数字微镜器件、光纤等光学元件进行捕获光源光束整形的情况。列出了这些器件组成的典型整形光路,以及近年来这些器件在光束整形方面的研究进展。同时还介绍了在捕获光源的整形设计中,上述方法的各自特点及相应的捕获能力。     

出纤功率30W的激光二极管线列阵光纤耦合器件

用一根柱透镜对大功率半导体激光器线列阵输出光束的快轴方向进行准直,准直后的光束耦合到光纤列阵中.大功率半导体激光二极管线列阵的输出功率为40W,线列阵有19个发光单元,每个发光单元的发光区面积为100μm×1μm.大功率激光二极管线列阵耦合后出纤功率为30W,耦合效率为75%,光纤的数值孔径为0.11.     

半导体激光器和光纤的耦合系统设计

本文提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤对半导体激光器的输出光束进行准直整形;用半球端光纤对准直后的光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合。研究表明,采用该方法后的耦合效率在80.0%左右。该耦合系统制作简单,调试和封装方便,且工艺稳定,因而在各种半导体激光器和光纤耦合方面具有广泛的应用前景。     

半导体激光器列阵器件光束复合研究

文中针对半导体激光器列阵的波长复合和偏振复合技术开展了设计和实验研究。首先利用半导体材料波长易调节的特点,设计了AlGaInAs/GaAs/AlGaAs压应变量子阱结构,得到了760nm、800nm、860nm、930nm、976nm五个波长激射的半导体列阵激光器,同时设计了四个短波通滤波片参数,开展了半导体列阵激光器的多波长光束复合技术的实验研究;其次利用1/2波片和偏振复合棱镜将两束不同偏振状态的光束进行了复合,并设计了光束聚焦系统。最终实现了5个波长,10条半导体激光器列阵的光束复合,得到了196W的激光功率输出,总体效率为76%,其中,波长复合效率可以达到92.4%,输出聚焦光斑尺寸为144μm×1 330μm,聚焦光功率密度达到1.02×105W/cm2,与单条半导体激光器列阵相比,合束光的光功率密度提高了4.3倍。     

50W半导体激光列阵单光纤耦合模块

利用阶梯反射镜整形技术分别对两个功率为40W的半导体激光器光束进行镜面分割,旋转重排后使用偏振分光棱镜(PBS)进行合束,最后得到功率为55.8W、耦合效率约为70%的半导体激光列阵(LDA)单光纤耦合模块,光纤芯径为Φ400μm,数值孔径(NA)为0.22。经过连续100h的正常拷机后,功率稳定。     

808 nm大功率半导体激光器光纤耦合模块系统

根据808 nm大功率半导体激光列阵(LDA)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808 nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400 μm的光纤,实现了30 W的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(NA)为0.22.通过分析其输出光斑和输出曲线,表明LDA与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用.     

一种半导体激光束聚焦和整形的光学装置

提出一种用全对称光学系统校正半导体激光固有像散，并用双胶合棱镜实现光束整形的新办法。该方法具有制造和装配简便等特点。给出了一种实用的设计方案和获得了高质量的聚焦、整形光束。文中还讨论了准直镜与双胶合棱镜的设计方法。     

激光二极管与单模保偏光纤的耦合研究

给出了一种处理激光二极管经透镜与单模保偏光纤耦合的精确方法,测量了半导体激光器的光束质量,对其光束的收集、准直、整形、聚焦和耦合进入光纤进行了实验研究,同时测量了整形系统和光纤的定位灵敏度.对球面微透镜光纤与激光二极管耦合的方法进行了理论分析,讨论了透镜参数、耦合形式、激光二极管波像散对耦合效率和特性的影响,给出了2种实际耦合系统的实验计算结果,并与理论计算作了比较,结合实验得到了微透镜的优化参数,且将结果应用到了激光二极管与单模保偏光纤耦合实验中,得到了总的耦合效率为36%.     

基于双管的高亮度半导体激光器光纤耦合系统设计

半导体激光器光纤耦合输出系统常被用作光纤激光器的抽运源,是光纤激光器的核心器件之一。针对芯径105μm、NA0.15的多模光纤,使用Zemax软件设计了一种基于双管的高亮度半导体激光器光纤耦合输出系统。该系统采用高精密准直技术、台阶加反射镜空间合束、偏振合束和慢轴扩束技术完成光束整形,最后使用非球面透镜聚焦耦合进芯径105μm、NA0.15的目标光纤。结合设计,在现有实验条件的基础上进行了等效验证实验。模拟和实验均表明:该系统可将16支双管耦合进芯径105μm、NA0.15的光纤,在注入电流为15A时,可获得稳定输出功率154 W,亮度达25 MW/(cm2·sr),对应电光效率为42%。该模块工程化后可广泛应用在光纤激光器抽运及工业加工等领域。