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美国阿波罗激光公司制造的光束分布图检测系统。包括三脚架装配的视频记录器,高分辨率电视监控器和视频分析器。这种系统能近似实时地显示连续、脉冲、Q开关或锁模激光器光束的空间强度分布     

激光束质量实时测量技术

提出一种新型光束质量实时测量技术,该技术主要基于由平板反射镜组成的多平面成像系统,一次性将激光束腰附近2倍瑞利距离内的多个光斑成像在同一个平面上,用CCD相机获取这些光斑的光强分布图样。通过图像处理获知接收到的光斑的光强分布。采用远场发散角、焦点尺寸、桶中功率比和M2因子四种光束质量评价标准对激光光束质量进行评价。利用该方法实时测量了高能钕玻璃双板条激光器的输出光束。     

基于虚拟仪器的激光光斑自动采集与分析系统

为了得到激光光束的某些参量,为设计和改进激光器提供依据,建立了一套激光光斑自动采集与分析系统,搭建了实验平台,并编写了一套基于虚拟仪器开发平台LabVIEW及其图像处理软件包NI Vision的用于采集和分析激光光斑的软件。该软件能实时显示光斑中心位置的漂移轨迹、在x方向和y方向漂移的标准差及其随时间变化的趋势等,同时,还能对基模高斯光束进行分析。经过去噪处理的光斑图样能以3维灰度图的形式显示出来,得到任意剖面的光强信息,并以此进行高斯曲线拟合,得出拟合参量以判断光强曲线接近高斯曲线的程度。结果表明,这种系统可以动态地采集光斑信息并进行处理,具有实时性。     

泵浦光为平顶光束时对DPL泵浦效果的影响

采用平顶高斯光束模型来表示平顶光束，并定义平顶高斯光束的阶数N为平顶度。利用从激光器的四能级速率方程出发得到的交叠积分理论，通过计算，发现平顶的光束半径以及平顶度会严重影响到激光器的阈值泵浦功率和斜效率等参数，绘制了相应的变化曲线。在此基础上结合实际，讨论了单根光纤和多根光纤耦合LD的输出光束的光场分布，并利用已建立的平顶光束模型分析了它们的泵浦特性。     

板条激光器光束质量评价及提高光束质量的方法

针对板条激光器输出光束形态为条形的特点,分析了各种光束质量评价方法对板条激光器输出光束质量评价的适用性,并选出了一种最适合板条激光光束质量的评价方法。高功率板条激光器要输出高光束质量的光束,可以在板条激光器的设计阶段采用相关技术来提高输出光束质量,对输出后有像差的光束可经整形后,采用自适应光学技术来提高光束质量。     

半导体激光器堆栈快轴光束质量计算的研究

以高斯光束传输理论为基础,结合半导体激光器堆栈结构,建立了半导体激光器堆栈快轴方向光束传输理论模型,并引入单个半导体激光器阵列的发散角和指向性因子,对半导体激光器堆栈快轴方向光束质量计算方法进行了修正,最后通过实验对计算结果进行验证。结果显示,相对于实验测量值,该理论模型计算值的误差仅为2.14%,与修正前的计算误差24.16%和18.36%相比,在精度上有了很大程度的提高,因此,该方法可行,能更精确的反应堆栈快轴的光束质量。     

用相干光自适应技术补偿热弥散

证实了用细分成18个单元的相位自适应孔径与具有18条通道的多路高频振动伺服系统相耦合的所谓相干光自适应技术能够实时补偿热感生的光束畸变。用氩离子激光器和搁置在透射光束近场处的非线性液槽获得了该结果。该系统在本实验所采用的激光器的最高功率输出处，使未加校正的热弥散情况下的光束峰值辐照度增加4倍而束宽减小5.4倍。实验结果与现有理论的预言值作了比较。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

为了获得大功率高光束质量的激光输出,利用自制的5bar激光二极管阵列堆作为抽运源,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构,对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究。在最高抽运功率134W时,得到了38W的连续激光输出,斜效率44%,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高光束质量的激光输出,输入-输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器仍有提升潜力,本结果有助于进一步提升该激光器的性能,实现更高功率的高光束质量激光输出。     

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。     

利用内腔变形反射镜补偿激光器畸变的研究

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性和输出功率以及光束质量。为了补偿激光器腔内畸变,采用了一种利用变形反射镜作为内腔反射镜的方法,运用静电力作用于变形薄膜反射镜,来改变谐振腔的结构。从外部引入一束参考光通过激光腔,利用波前探测器可测得腔内畸变对参考光的影响,并利用变形反射镜校正此畸变。实验结果表明,该方法能对腔内畸变进行有效的补偿,提高激光器的输出功率及光束质量。     

激光束的实时空间整形方法

在高功率激光系统中,激光光束的传输与放大,需要对输出的激光光束整形,包括对激光束几何形状与光强分布的整形,才能有效地控制光束质量,提升激光系统的输出功率。目前,通常的光束空间整形方法是采用针对特定输入光束(如均匀或高斯光束)的切趾光阑(如锯齿、波纹光阑)或结合空间滤波进行光束空间整形,而实际输入的光束并非是这样的理想型光束,所以上述方法在光束的空间整形中存在一定局限性,因此,研究实时、可调的光束空间整形尤为重要。对此,本文提出了对激光束进行实时、可调控的激光束空间整形的新方法,实时产生与入射光束相关的软边切趾光阑,结合空间滤波,获得所需形状的近"平顶"光强分布的近场光束。数值模拟结果表明新方法可以对实际激光系统的光束实现实时、有效的整形。     

The control of polarization of laser diodes

The mode-competition phenomena are studied through three experiments. At first, in double-heterostructure laser diodes with thick active layers, TE and TM modes tend to coexist and the mode competition between these two modes is observed from the correlation of the light outputs of these two modes where the increase of light output of one mode tends to decrease the light output of other mode. In a laser diode operating with an external reflector, the increase of light output for the TE mode leads to the decrease of light output for the TM mode. In case the external reflector is set to deviate from the parallel plane to the cleaved surface of the laser diode, the TM-mode component tends to its magnitude, even if the inherent mode of this diode is TE. In the experiment of external light-beam irradiation onto a laser diode, the light intensity of one mode is decreased by an incidence of light beam having another mode from the other laser diode. In this experiment, the significance of a gap distance between the two laser diodes is confirmed clearly, where the two laser diodes interact with each other through the light beam.     

非球面透镜组激光光束整形系统

在激光显示等领域常常需要光强均匀分布的激光光束,为此,深入分析了一种非球面透镜组激光光束整形系统的设计方法,该方法可以将入射光束为准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束;给出了该非球面透镜组设计的基本过程,主要包括输出光束函数的选择、光线映射函数的确定和非球面参数的确定;最后选择光线映射函数具有解析解形式的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数,分别确定了伽利略型和开普勒型的非球面透镜组激光光束整形系统的参数。     

KTP光学参量振荡器输出激光的空间模式和光束质量

理论上通过二维傅里叶变换求解耦合波方程 ,分析了KTP光学参量振荡器 (OPO)信号光的空间分布 ;实验上利用Nd∶YAG倍频激光 ( 5 3 2nm)抽运非临界 (θ =90°,φ=0°) 及临界相位匹配KTP (θ =62 7°,φ=0°) OPO ,测量了参量光的空间分布、远场发散角及M2 因子等参数 ,讨论了抽运功率、谐振腔长、残余光后向二次抽运对OPO参量光的发散角和光束质量因子M2 的影响。     

伪随机序列调制的激光外差探测

在激光外差探测中,为了增强在频谱密度上对多普勒频移峰值的识别能力,提升对目标的探测概率,提出一种采用伪随机序列对连续激光进行调制的外差探测方法.应用伪随机序列的M序列码对发射激光和本振光同时进行频率调制,接收信号光和经时间延迟后的本振光相干叠加形成拍频信号.其特点是二进制码调制同时作用于发射信号光和本振光,使外差信号频...     

半导体激光器矢量光场分布研究

为了实现在利用衍射光学器件整形半导体激光器时,得到半导体激光器各个电磁分量的分布,且该分布能够在较近的距离上仍然适用的目的,采用基尔霍夫衍射理论和非傍轴条件下的菲涅耳近似理论推导和MATLAB语言编制相应的数值计算程序的方法,得到半导体激光器各电磁分量分布的结果。结果表明,除在特殊方向上,半导体激光为TM波和TE波的混合模,数值程序实现了计算不同距离上半导体激光器各个电磁分量的分布情况的功能。这对设计和分析半导体激光器衍射整形光学器件具有重要意义。     

GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器垂直于结方向上的光束质量研究

用转移矩阵方法对 680nmGaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的波导模式作了分析和计算。根据非傍轴光束传输的矢量矩理论 ,对该激光器垂直于结平面方向上的光束质量因子M2 ⊥ 进行了理论计算 ,结果表明M2 ⊥ 小于 1,和实验结果相符合。这一结果有助于认识半导体激光器垂直于结方向上光束的内在本性     

卫星激光测距中光束亮度的偏振影响及应用

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)常利用激光大气后向散射所形成的图像来引导光束指向,而光束图像亮度随天区变化的现象在SLR站普遍存在,影响了激光对卫星的瞄准。以中国科学院上海天文台现有SLR系统为研究平台,阐明了该现象的成因,即光束图像成像光路中分光镜的效率会随偏振方向改变而变化。据此提出偏振方法,通过建立出射激光偏振方向随望远镜位置变化模型,改变发射光路中新引入半波片的角度,实现了光束图像于不同亮度的实时控制。相比使用消偏振分光镜的方案,该方法具有应用灵活、系统简单且成本低的优势,研究成果在提高激光对卫星的瞄准精度及星象图像信噪比等方面具有重要意义。     

基于300μm微片激光器生成涡旋空心光束的研究

为了探究涡旋空心光束在端面抽运Nd∶YVO₄微片激光器中的生成条件及其变化因素,构建了一种基于轴棱锥-透镜组生成环形抽运光的新方法。采用ZEMAX对抽运光进行了仿真分析,并基于热效应分析进行了模式匹配计算,通过实验成功得到了环形抽运光和环形空心激光输出,并通过实验验证了输出光为1阶涡旋光。结果表明,该方法能够生成光束大小可控的808nm抽运光,其光斑半径可随轴棱锥锥顶与透镜焦平面的相对位置快速变化;并且该抽运光能够使谐振腔长度为300μm的微片激光器输出稳定的1064nm 1阶拉盖尔-高斯涡旋空心光束。此研究结果对于微片激光器输出涡旋空心光束的实际方法的建立具有重要的指导意义。     

子脉冲序列模式Er∶YAG激光消融牙本质的实验观察

研制了一台子脉冲序列模式Er∶YAG激光器,获得了每秒80个和100个子脉冲高能量激光输出,开展了不同脉冲宽度的子脉冲对离体牙本质的激光消融实验。实验中使用的是子脉冲序列模式激光器,其重复频率为20 Hz,脉冲包络能量为45 mJ,子脉冲宽度分别为20,30,40,50μs,在无冷却水雾条件下分别对比了子脉冲宽度对牙本质消融量、牙髓腔温升和坑洞组织形貌的影响。结果表明:在相同的激光脉冲能量下,较窄的子脉冲宽度不仅能够增加消融量,降低牙髓腔温升,从而延长操作时间,而且可以获得更好的消融坑洞组织形貌,牙小管的开放程度较高,有利于黏接修复治疗。