光纤激光器空间相干合束远场特性分析

基于Fraunhofer标量衍射理论,计算了按圆周形排列的6束光纤激光相干合束的远场光强分布,并对其能量集中程度进行了讨论。分析表明合成光束的远场光强分布可等效于若干平面波干涉结果与单束衍射包络之积,当单元激光器所排列的圆周直径在5倍单元激光束腰宽度以下的时候,合成光束将有超过90%的能量落在单元光束的86.5%能量圆以内。结论指出适当选择单元激光器的排列间距可以控制能量的集中程度,甚至使合成光束的能量集中度优于原单元激光器产生的高斯光束。     

激光时空特性对双光束相干合成影响分析

从标量衍射理论出发,分析了相干合成光束远场光强的分布特性,并以两路单元激光为例讨论了激光输出时空特性参数初相位、波前、偏振等特性对相干合成远场光强分布的影响,阐明了相干合成的高功率固体激光器必须采用同一个单频窄线宽种子源分束放大技术的原因,并结合高功率固体激光器实际结构特点与可采取的技术手段,提出光路差、光强比、偏振度...     

阵列光束的偏振方向对其相干合成远场光强分布的影响

理论推导了线偏振光纤激光器阵列相干合成远场光强分布的表达式,详细研究了激光器的偏振方向对相干合成远场图样分布、中心主瓣的角宽度以及相干合成远场条纹可见度的影响.阵列光束偏振方向的不一致会使相干合成远场光强的峰值功率下降,中心主瓣的宽度增加,远场光强分布有本底漂移,远场条纹可见度下降.     

中心波长及脉宽对能量叠加光束远场的影响

多束激光的远场叠加对于提高远场靶面能量是一种有效的方法,单元光束的参数的变化对于远场合成光束都会产生影响。为了分析脉冲激光参数控制对远场能量分布的影响,利用夫琅禾费衍射积分公式导出了4束普通脉冲高斯光束合成的远场光强的解析式,并整理了激光中心波长和脉宽的改变对远场叠加后能量分布的影响之间的具体关系。通过MATLAB的数值模拟,结果表明:当光束的中心波长减小或者脉冲宽度减小时,远场能量向中心轴上汇聚,远场轴上光强增加。当轴上光强相对于理想中心波长和脉宽的远场轴上光强的变化率小于5%,中心波长变化率最大不能超过7.89%,或者脉宽变化率最大不能超过91%,因此,中心波长的变化对于远场光强分布的影响比脉宽更大。     

宽发光区二极管激光阵列的侧模简单研究

宽发光区二极管激光阵列的侧模分布十分复杂,很难将各阶侧模区分出进行单独研究。本文利用多光束相干合束理论给出了宽发光区二极管激光阵列相干合束远场分布的表达式,在此基础上获知远场光强分布的包络线由发光单元的侧模决定。从实验记录结果可以看出,利用外腔镜对宽发光区二极管激光阵列进行锁相,将某阶侧模锁定(其中基侧模最容易实现),抑制其他阶侧模,并获得相干合束的远场光强分布图。将理论分析结果与实验结果进行对比,能较好的吻合。结果表明,虽然LDA侧模结构复杂,较难分析,但可借助于宽发光区二极管激光阵列相干锁相分析侧模结构。所得结果表明利用宽发光区二极管激光阵列发光单元的侧模可以改善宽发光区二极管激光阵列光束质量。     

CCD光电响应非线性特性对激光远场焦斑测量及光束质量计算的影响

建立圆环形聚焦平面光束通过Kolmogorov湍流大气的远场传输模型,考虑实际CCD所存在的"死区"及非线性饱和效应等非线性光电响应特征,以中心遮拦比为0.5的圆环形聚焦光束为例,分别计算了其通过不同强度湍流大气传播至远场焦平面上的实际真实远场光强分布曲线和CCD测量远场光强分布曲线,并以峰值斯特雷尔比RS、光束质量因子β和环围能量比Ree三种参数作为评价远场光斑质量的指标,考察了死区大小以及光斑非线性饱和程度对实际远场光强分布的测量和光束质量评估的影响,对计算结果以及减小测量误差的解决途径进行了分析讨论。     

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.     

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     

大功率半导体激光阵列远场光强分布研究

针对Bar和Stack两种类型激光器,运用双峰模型,对各个发光单元的光强进行非相干叠加,得出Bar和Stack两种激光器的远场光强模型,并根据此模型模拟出Bar和Stack的远场光强分布。分别定量描述了Bar和Stack光强分布均匀的区域以及开始出现类似单发光单元的双峰分布的位置,并给出了相应的经验计算公式。利用这些公式以及器件数据手册给出的参数即可方便的计算出Bar和Stack的均匀区域以及出现类似单发光单元的双峰分布的位置。理论分析与实验结果基本吻合。可为Bar和Stack在实际应用中设计光学系统以及光束质量评价提供理论依据。     

二极管激光阵列光栅-外腔谱合成系统中光束串扰行为及其对合成效率的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于变换透镜像差、光栅制作误差及"smile"工艺误差等因素的综合作用,将导致DLA发光单元间出现光束串扰。通过分析光束串扰行为的产生机理,将主要的光束串扰行为分为两类,即杂散光返回至发光单元自身,以及经外腔反馈到其他单元,进而分别导致自激振荡模式和耦合振荡模式的产生。在此基础上,给出了含串扰光注入的半导体激光器速率方程,进而推导出DLA发光单元的合成效率模型,分析了自激振荡和耦合振荡对发光单元合成效率的影响。结果表明,杂散光返回至发光单元自身,以及经外腔反馈到其他单元这两种光束串扰行为会不同程度地降低合成效率,且后者影响更大。在实际工作中,需要采取措施对光束串扰行为加以抑制。     

占空比对激光相干合成的影响

占空比是影响相干合成的重要因素,通过对矩形光束的相干合成进行数值模拟,在同一功率总量、同一发光总面积下,改变近场光束的排布方式、子束光束数量,根据合成光束在远场的场强分布,分析其对合成后光束的光束质量、峰值功率的影响,得出合理的排布方式和数量。     

相位控制残差对激光阵列合成的影响

在激光阵列相干合成中,由于相位噪声的影响和相位控制系统带宽的限制,相位控制残差无法避免。文中从理论上推导了存在相位残差时激光阵列相干合成中远场光强分布,并结合光束传输因子BPF（beam propagation factor）作为合成效果的评价标准,分析了相位残差对相干合成的影响。     

在湍流大气中传输时相干系统的抖动对远场的影响

为了研究相干合束激光在湍流大气中传输时,合束系统的抖动对远场的影响,采用惠更斯-菲涅耳原理推导了系统中单个光源因抖动造成偏离时的远场光强表达式。以正六边形阵列为例,分析了在不同湍流强度或者传输距离时,抖动对远场造成的的影响,并分别描绘了峰值光强及桶中功率不低于理想情况下92%时的抖动控制曲线。结果表明,抖动造成了远场的峰值光强和桶中功率的降低;当抖动范围相同时,随着湍流强度的减弱或者传输距离的减小,抖动的破坏更加严重。这一结果对研究湍流大气中的相干合束是有帮助的。     

随机相位波动对激光相干合成的影响

以正六边形排列的高斯光束为模型,计算了相干合成光强,分析了随机相位波动对合成光强的影响,并研究了合成光束的传输特性。结果表明,随机相位波动是影响合成光强及合成光束传输特性的主要因素,当随机相位波动均方差>20时,相干合成过渡到了非相干合成。     

PCFT光束阵列在海洋湍流中的传输特性

为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性,基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数,结合海洋湍流的空间功率谱函数,理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式,数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系.结果表明,在相同条件下,当传输距离超过400m时,相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列,部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小,传输特性更为稳定.此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值.     

线阵光纤激光相干合成角度扫描控制方法研究

基于光的干涉理论,对多芯线阵光纤激光通过相干合成进行角度扫描的原理进行了研究。利用相干合成模型,用MATLAB分别对信号无噪声与含有随机相位噪声时的合成效果进行了数值仿真计算,分析了通过主动相位控制对合成光进行角度扫描的可行性;基于MOPA结构光纤激光线列搭建了相干合成角度扫描控制系统。通过实验验证了在多路光纤激光完成锁相后,若依次等比改变各芯激光的相位可以实现主极大条纹连续的角度扫描,扫描范围与模型中计算所得结果基本一致,实验结果与理论计算相符。该方法的探索研究对线列光纤激光的相干合成应用拓展有一定的指导意义。