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。     

圆柱透镜对半导体激光光束准直性能的改进

根据光线传输的基本原理，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圆柱透镜后的准直特性、光强分布和光能转换效率与圆柱透镜的半径、介质折射率、介质损耗、安装距离等可调参数以及界面反射的关系。说明了安装位置直接影响到准直效果；透镜半径、折射率和介质损耗不仅影响到准直后光斑的大小、光强分布和光能转换效率，而且影响到偏振状态的重新分布，因此，要获得最佳准直效果必须略微离焦安装；还需根据具体使用要求综合考虑各参数对光斑大小、光强分布和光能转换效率的影响，以采用适当的参数，并考虑是否进行增透处理。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     

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。     

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。     

大光束光纤耦合半导体激光准直系统

光纤耦合半导体激光器广泛的应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。文中详细的介绍非球面透镜设计方法,设计了数值孔径NA=0.37,光纤芯径φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光非球面准直透镜,准直透镜的焦距f=50mm。从像质评定可以看出,非球面准直镜几乎接近衍射极限,整个系统的波像差小于0.3λ。实验结果证明,采用非球面准直系统,能提高光能的利用率,并获得高效准直光束。     

半导体激光器光束的准直

本文从高斯光束出发对半导体激光器的既简单又经济实用的准直法－－单透镜准直法进行了理论分析和实验。实验结果与理论计算基本相符，表明只要采用一个相对孔径Ｄ／ｆ较大的透镜，并置其对半导体激光器有合适位置，则可以得到令人满意的准直效果。     

基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计

为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题,根据几何光学原理,分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型,设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜,并在ZEMAX光学设计软件中进行了仿真。经非球面准直透镜准直之后,半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从35°和7.5°压缩到了1.8 mrad和0.84 mrad,在距离光源10 m处接收面上的总光功率为0.497 W,光能利用率高达99.4%。结果表明,在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具有良好的效果。     

LD光场柱透镜准直技术研究

根据非傍轴远场光分布理论，用光线追迹法深入分析了LD光场经柱透镜和半柱透镜系统的准直特性，并比较了两者的准直效率和耦合效率，最后对理论分析进行了实验验证，从中得出了一些对工程有益的结论。     

半导体激光阵列光谱合束技术中变换透镜的研究

利用光栅-外腔的方法对半导体激光阵列(LDA)进行光谱合束时常采用平凸或双凸柱透镜作为变换透镜,然而它会导致外腔的反馈效率低下,经研究发现LDA轴上发光单元的反馈效率为80.5%,对于边缘发光单元甚至降到了49.7%。针对该问题提出了采用双分离柱透镜作为变换透镜,从而可以提高外腔的反馈效率。将传统LDA光谱合束光路展开,并利用Zemax画出它的等效光路,以此来求出平凸变换透镜LDA每个发光单元的反馈效率;根据像差理论分析了平凸变换透镜的成像特点,发现平凸变换透镜的球差和慧差较大,需要对其进行矫正;根据初级像差理论,利用PW法设计了双分离变换透镜,并利用Zemax进行了优化。结果发现,优化后双分离变换透镜可以使10mm宽LDA发光单元的反馈效率达到94.2%以上。研究结果表明使用双分离变换透镜法可提高光谱合束效率。     

透镜聚焦数控激光切割机聚焦光束方向研究

研究了数控激光切割机在进行金属板切割时激光束经凸透镜聚焦的聚焦光束传播方向的偏转问题。找出了当激光束中心入射线与聚焦镜(凸透镜)光轴异面时影响聚焦光束方向的几个入射物理量,并运用几何光学原理给出了聚焦光束方向与它们之间的关系式,同时提出了一个调节聚焦光束方向并使聚焦光束垂直于待切割板材板面的方法。切割实验表明,在一定的调节范围内,采用此方法可以方便地调整聚焦光束方向。这一方法也适用于其他采用透镜聚焦的激光加工设备,并为此类设备的聚焦光束方向调节设计提供了一个新的选择和依据。     

空心透镜导管的模拟与设计

采用大口径、高功率激光二极管(LD)阵列的大型全固化二极管抽运激光系统(DPSSLs)能够产生高功率、大能量、高重复频率的优良激光。为了实现对介质的高效抽运，将空心透镜导管应用于大口径高功率激光二极管阵列耦合系统。基于三维光线追迹的数值计算方法，编制了LD纵向抽运耦合系统模拟软件，对空心透镜导管进行模拟与设计，使系统耦合效率超过90％的同时，增益介质表面抽运场具有良好的均匀性，实现了对介质的高效均匀抽运；同时通过改变空心透镜导管的参数进行模拟比较，得出了空心透镜导管设计的经验公式，为大型DPSSLs耦合系统的设计提供了有益的参考。     

大功率半导体激光器阵列光束整形新进展

大功率半导体激光器阵列(LDA)的应用日益广泛,但受其发光机制的限制,光束质量较差.为满足应用要求,必须对LDA光束进行整形处理.介绍了LDA光束整形的基本原理和关键技术,按照光束传播特性的不同,将整形技术分为两大类,即几何光学光束整形和衍射光学光束整形方法进行了阐述.在阐述典型例子的基础上,分析和比较了各种整形方法的优点和不足.     

千瓦级高光束质量半导体激光线阵合束光源

低光束质量严重限制了大功率半导体激光器的应用,为了满足日益增长的工业和国防领域应用需求,发展兼具高功率和高光束质量激光输出的半导体激光光源具有重要意义。采用线阵合束方式集成20个传导热沉封装半导体激光单元,结合斜45°柱透镜阵列整形方法和准直技术,直接均衡激光束快慢轴方向的光斑和发散角,通过波长合束和偏振合束,研制出一种可实用化、连续输出功率1030W、快慢轴方向光参量积分别为18.3mm.mrad和17.7mm.mrad、最大电-光转换效率44%的808nm和870nm双波长半导体激光合束光源,实现了高效率、高功率和高光束质量激光输出,可作为直接光源应用于工业和国防领域。     

自聚焦透镜与倍频晶体构成的激光谐振腔

根据自聚焦透镜折射率的分布特性，对其成像原理进行了讨论。将用来耦合泵浦光的自矛焦透镜的一个端面加工成凹面并镀高反介质膜，与倍频晶体出射端面构成平-凹型全固态倍频激光谐振腔。这种激光器谐振腔结构简单、体积小、易于谐振、输出倍频激光效率高并且功率稳定。     

侧面抽运Nd:YAG连续激光器

介绍了一种二极管侧面抽运的Nd:YAG连续激光器,获得了37.9W的连续1064um的激光输出,光-光转换效率为23.7％。用光线追迹法对实验中的具体参数进行了数值模拟,指出了实验中的不足之处,对侧面抽运结构的设计作了分析讨论。     

基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统

为提高屈光手术中准分子激光的能量利用率和光斑均匀性,设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜组成的准分子激光光束整形与匀光系统。借助近轴光学计算发现,通过调节双排透镜阵列的间距可以改变聚焦光斑的尺寸,通过调节透镜阵列与会聚透镜之间的距离可以改变光学系统的整体长度而不影响聚焦光斑的形态。利用光线追迹方法对该系统进行了模拟分析,在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分布的方形聚焦光斑,并给出了聚焦光斑尺寸随双排阵列透镜间距的变化过程。分析了接收面离焦对光斑尺寸和能量分布产生的影响,指出所设计的光束整形与匀光系统可以满足准分子激光屈光手术对激光光斑质量的要求。     

半导体激光器线阵光束扭转对称化的实验研究

利用双焦望远系统和扭转柱透镜系统实现了半导体激光器线阵(LD-bar)的扭转对称化，对称化后的光束在x和y两个方向的光束宽度、发散角和光束参量积接近相等，极大地改善了半导体激光器线阵光束的不对称性和像散特性，进行了以上变换的理论分析和实验研究。作为应用实例．用对称变换后的光束进行了抽运固体激光器的实验，激光器基模输出的效率比用不变换前的光束有明显提高。