非链式脉冲DF激光器非稳腔设计与实验研究

采用正支虚共焦腔型对非链式脉冲DF激光器进行非稳腔参数设计并开展实验研究,通过与平凹型稳定腔的对比,揭示了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。选取能体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β为光束质量评价参数,实验中以86.5%环围能量定义光斑大小,并利用90-10刀口法测量光斑尺寸。通过对不同放大率及模体积的9组非稳腔实验结果的对比,得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。综合输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素,得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89,后反射镜口径D=40mm,此时激光远场发散角(全角)为0.74mrad,β=1.35,输出能量为1.86J,峰值功率为16.4MW。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

激光光束质量综合评价的探讨

综述了现有的3类激光光束质量评价方法,即近场质量、远场质量和传输质量.主要的评价参数包括近场调制度和对比度、聚焦光斑尺寸、远场发散角、衍射极限倍数β因子、斯特列尔比、环围能量比以及M2因子等.讨论了它们各自的适用范围、优点和局限性.提出了采用M2因子矩阵以表述光束的像散特性,给出了M2因子的不变量.     

全自动可变光阑测量激光发散角的工程化研究

激光远场发散角是评价激光光束质量的重要指标,根据远场发散角的定义和国际惯例,实际工程应用中设计出全自动可变光阑来测量激光远场发散角。在测量时利用图像处理和一阶重心距算法计算光斑中心,使可变光阑中心与待测激光束中心对准。测试系统自动由小到大变化光阑孔径,同时用探测器测量透过的激光能量。对光阑孔径和通过光阑的能量进行曲线拟合,算出总能量为1/e2时光阑的孔径,即对应于该处的激光束宽,从而可计算得出激光远场发散角。上述测量过程是利用虚拟仪器技术来全自动实现的,该激光远场发散角测试系统经过了项目验收和实际工程检验。     

基于液晶空间光调制器整形的重频100mJ全固态1053nm钕玻璃激光放大器(英文)

介绍了所研发的一台放大纳秒激光脉冲的高光束质量钕玻璃激光放大器。该放大器采用了多级LD泵浦与液晶空间光调制器进行整形相结合的技术,光束传输遵循抑制衍射、主动控制与补偿及空间滤波的原则。在重频为1 Hz时,将注入的3 ns、1 nJ的方形激光脉冲能量放大到115.3 mJ,能量净增益109倍,输出激光的能量分散度小于2%,光束的近场调制度小于1.23:1,远场光斑的角漂移小于9.8μrad,远场光斑的衍射限小于2DL。     

含热透镜多元件谐振腔的动态工作特性

由于光泵浦热效应,高功率固体激光器的输出参数如光束远场发散角、输出功率等会发生变化。本文使用g-参数等价腔详细研究了各种类型稳定腔、临界腔的动态工作特性,例如g-参数图上工作点的运动规律、临界光焦度、临界g参数以及光斑半径、远场发散角等。文中还对理论的实验验证和应用进行了讨论。     

用于YAG激光器的虚共心介稳腔

本文介绍了对YAG虚共心介稳腔输出特性的实验研究结果。得出了虚共心介稳腔的放大率因子M,腔长L对输出能量、场图均匀性和发散角的影响规律。通过与平凹稳定腔的比较进一步显示了这种腔形对中小功率固体激光器的实用价值。     

蒙特卡洛法仿真激光在水下信道中的传输特性

针对海洋港湾海水强吸收和高散射的特性,文章利用蒙特卡洛方法仿真研究了激光在浑浊港湾海水中的传输特性。文章在一定的光波长、光能量和发散角下,量化分析了水质参数和传输距离对激光的功率、脉冲响应以及光斑质量的影响。研究结果表明,激光在浑浊港湾海水中传输时,随着衰减长度的增加,光功率的衰减特性保持一致,且光功率的衰减速度不符合比尔定律所描述的线性关系。在相同的水质条件下,光脉冲的宽度和光斑的尺寸随着传输距离的增加而增大,但是当传输距离从20个衰减长度传输至30个衰减长度时,光脉冲宽度基本不变,光脉冲展宽量的变化小于1 ns,此时光斑尺寸持续增大。另外,在相同的衰减长度处,光脉冲和光斑的展宽量随着水质衰减系数的增大而减小。     

对激光束M2参数问题的一点认识

讨论与M2参数有关的一些问题.当采用光束二阶强度矩方法定义光束光斑大小和远场发散角时,M2参数满足M2≥1.但当改变其定义后,例如,采用86.5%(或其它百分比)功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角时,由此定义的M2参数(Mpc2)的最小值是多少,什么样的光束具有最小的M2参数(Mpc2).本文在采用86.5%(或其它百分比)功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角的前提下,对这些问题进行了讨论.结果表明:共焦腔的输出光束应具有最小的M2参数(Mpc2);当采用86.5%功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角时,M2参数(Mpc2)仍满足:Mpc2≥1;但当采用其它百分比定义时,M2参数(Mpc2)有可能小于1,Mpc2的大小取决于所定义的光斑半径内包含的光功率的百分数.     

高斯光束低阶模焦点能量的相对分布

本文给出了高斯光束低阶横模聚焦后的焦点能量相对分布的解析解,并与不同放大倍率M值情况下的非稳腔单模远场聚焦特性进行比较。若以聚焦平面含激光总能量的80％作为光束发散角的统一基准,计算表明,在某些情况下,利用稳腔选模,可得到接近甚至优于非稳腔选模的良好光学质量,而且光腔结构简化,输出稳定性好及光电转换效率高。     

平凸谐振腔组件式小型激光器件

本文介绍了一种输出能量稳定、发散角小、测距能力强、体积小、重量轻的平凸谐振腔组件式小型激光器件.     

激光定距引信远场光斑的压缩整形

针对激光定距引信的小型化激光发射系统远场光斑过大、探测距离偏近的问题展开研究。利用几何光学原理对激光定距引信的发射光学系统进行设计,采用非球面透镜与变形棱镜组合实现引信远场光斑的压缩整形,并通过ZEMAX 光学软件仿真优化和光斑试验。仿真试验结果表明,发射光束经过光学系统后,500m处的激光光斑直径被压缩到10 mm 且呈圆对称形状,准直效果显著优于柱透镜光学系统,使原有小型化、低功耗的激光定距引信探测距离明显增大。     

激光光束在海水中的空间传输特性分析

由于激光的初始发散角以及海水对光的散射作用,激光在水下传输时光斑大小发生改变,从而影响接收机的接收范围。采用波长为514 nm的蓝绿激光,基于水下无线光通信信道模型,模拟光子在海水中的传输过程,通过统计不同传输距离时的光子数和光子位置,建立了海水信道中的光斑扩展模型,分析了海水水质对高斯光束的光斑空间特性的影响。结果表明:高斯光束在海水信道中传输时,根据光强比值定义光斑大小的位置,1/e光斑半径与传输距离呈线性关系,线性增加系数为光源的发散半角;当接收机灵敏度为确定值时,传输较短距离后光斑逐渐减小;光斑大小由接收机灵敏度决定,随着接收机灵敏度的增加,在相同距离下,接收到的光斑大小基本呈线性增加。     

免调试固体激光器的研究

描述了一种新型的免调试激光装置.它采用定向棱镜作为谐振腔的全反镜,在固体激光器中安装后不经调试就能实现激光运行,它具有抗失调能力强、远场光场能量集中、发散角小的特点,角度失调允量±20°,棒轴平移量为D/4,发散角小于3mrad.在100Hz高重复频率运行时,单脉冲Cr4+:YAG晶体被动调Q输出能量达到300mJ,且光场分布均匀.     

激光二极管侧面抽运免温控激光器的研究

为了解决激光二极管抽运波长随温度漂移导致激光器输出能量下降的问题，采用激光二极管抽运源波长匹配及凹凸稳定谐振腔技术实现免温控，并进行了理论分析和实验验证。该激光器腔长210mm，电光转换效率5.7%；输出单脉冲能量大于60mJ，在10℃~30℃范围内，能量稳定度优于5%；激光器输出光斑直径4mm、脉冲宽度8ns、激光器10Hz工作时，激光远场束散角为1.1mrad。结果表明，实验与理论分析计算结果符合，该激光二极管侧面抽运免温控激光器可在一定温度范围内保持稳定的能量输出。该理论分析与方案对研究免温控激光器具有重要意义。     

He-Ne激光束远场发散角的精确测量及误差分析

首先利用远场光斑测量法,测得GY-10型He-Ne激光器的远场发散角为1.15mrad.接着,根据高斯光束对望远镜系统变换,通过两个望远镜实现He-Ne激光束的准直,得到水平方向的远场发散角75.78 μrad,垂直方向76.53 μrad.最后,对实验中存在的误差分析可知,可用多次测量求平均值的方法消除误差;准直望远镜系统的微小失调可引起出射激光束远场发散角有较大的变化;测量系统中需使用长焦距的凹面镜.     

波导结构对905 nm隧道结级联半导体激光器的光束质量和功率的影响

近年来,激光雷达应用对探测距离和灵敏度提出了更高的要求。905 nm半导体激光器作为其理想光源也亟待提升峰值功率与光束质量。在这个背景下,基于非对称大光腔结构研究了不同增益区类型和波导结构对905 nm隧道结脉冲半导体激光器的光束质量和功率效率的影响。通过优化增益区类型和波导结构降低了体电阻和内损耗;增强了限制载流子泄露的能力,提高了器件在高电流下工作的峰值功率和电光效率;通过提高高阶模对基模的阈值增益比值,抑制高阶模式激射,降低了远场发散角。在此基础上,研制的800 μm腔长、200 μm条宽的四有源区半导体激光器在100 ns脉冲宽度、1 kHz重复频率的脉冲功率测试中,41.6 A的脉冲电流强度下实现了峰值功率输出177 W;垂直于PN结方向单模激射,远场发散角半高全宽为24.3°。