808nm980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的广泛应用,单个半导体激光迭阵的光功率已经不能满足实际需求,这就要求将多个半导体激光器耦合成一束激光,可直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体光源亮度及光束质量。文章通过采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出,便于满足工业加工需要。介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计耦合器件,并自行设计采用光学系统对光束进行扩束聚焦,通过实验将808nm和980nm两半导体激光迭阵光束通过此技术进行合束, 最终实现更高功率输出,耦合效率70%,光斑大小为3×3mm2,目前国内没有对此项技术进行研究。     

808nm高亮度半导体激光器光纤耦合器件

针对单个808nm单管半导体激光器输出功率低,采用端面泵浦方式对光纤激光器进行泵浦时受到限制的问题,本文利用空间合束技术制成高亮度半导体激光器光纤耦合模块来提高808nm单管半导体激光器泵浦掺Nd3+双包层光纤激光器的效率。首先,通过微透镜对每个单管半导体激光器进行快慢轴准直;然后,使用反射棱镜对每个激光器发出的光进行空间合束;最后,利用自行设计的扩束系统将合束后的光束进行扩束,聚焦进入光纤,从而极大地提高光纤耦合模块的亮度。实验中将4只连续输出功率为5W的单管半导体激光器发出的光束耦合进芯径为105μm、数值孔径(NA)为0.2的光纤,当工作电流为5.8A时,通过光纤输出的功率为15.22W,耦合效率达到74%,亮度超过1.4MW/cm2.sr。     

基于半导体激光短阵列的976 nm高功率光纤耦合模块

采用12只出射波长为976 nm的传导冷却半导体激光短阵列为发光单元,研制出了百瓦级高功率光纤耦合模块.首先,利用光束转换器(BTS)和柱透镜对每只半导体激光短阵列进行光束整形,使得快慢轴方向光束质量接近并且发散角相同;然后,应用空间合束技术将每6只半导体激光短阵列在垂直方向上叠加,形成一个激光组,并利用偏振分束器(PBS)将两个激光组偏振合束;最后利用优化设计的三片式聚焦镜将激光耦合到光纤中.实验结果表明:该光纤模块的连续输出激光功率可达418.9 W,光纤芯径仅为400 μm,数值孔径(NA)为0.22,由此可得到激光亮度为2.19 MW/(cm2·str).利用Matlab软件分析光纤出射的光束形貌为平顶分布,显示其适合用于金属材料的硬化和焊接等领域.最后测量了模块的光谱,电流从20 A增加到50 A时,激光的峰值波长漂移了6.8 nm,并且在50 A时光谱宽度为4.12nm,表明该光纤耦合模块散热良好.同其它类型激光器相比,本激光模块电光转换效率和出光功率高,适用于材料加工和泵浦光纤激光器等领域.     

808 nm high brightness module of fiber coupled diode laser

针对单个808 nm单管半导体激光器输出功率低,采用端面泵浦方式对光纤激光器进行泵浦时受到限制的问题,本文利用空间合束技术制成高亮度半导体激光器光纤耦合模块来提高808 nm单管半导体激光器泵浦掺Nd3+双包层光纤激光器的效率.首先,通过微透镜对每个单管半导体激光器进行快慢轴准直;然后,使用反射棱镜对每个激光器发出的光进行空间合束;最后,利用自行设计的扩束系统将合束后的光束进行扩束,聚焦进入光纤,从而极大地提高光纤耦合模块的亮度.实验中将4只连续输出功率为5W的单管半导体激光器发出的光束耦合进芯径为105 μm、数值孔径(NA)为0.2的光纤,当工作电流为5.8A时,通过光纤输出的功率为15.22W,耦合效率达到74％,亮度超过1.4 MW/cm2·sr.     

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。     

10kW连续输出半导体激光熔覆光源

针对于目前国内半导体激光加工熔覆光源主要依赖于国外进口的局面,研制了连续输出功率达10kW的半导体激光熔覆光源。利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直及聚焦透镜的设计等。实验中采用2只波长为915nm和2只波长为976nm的半导体激光叠阵,通过偏振合束和波长合束技术实现它的合束。由自行设计的聚焦系统进行了聚焦实验,结果显示,当模块工作电流为122A时,光源最大输出功率为10 120 W,电-光转换效率为46%,在工作面的聚焦光斑为2.5mm×18mm,可满足工业中大面积高速激光熔覆和表面热处理的要求。     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

大功率半导体激光器应用的若干问题研究

主要致力于探索半导体激光及其泵浦的固体激光器在实际应用中的推广，具体包括：半导体激光的热稳定、波长稳定性及功率稳定性；激光二极管列阵多光束组合式光学耦合系统；端面泵浦各向异性介质的热效应模型；半导体泵浦的输出损耗电光调制的多功能激光技术。     

两路脉冲固体激光器的相干合成

提出了采用迈克尔逊干涉复合腔技术进行两路固体激光器相干合成的实验方案.该方案利用双光束干涉时的相干相长和相干相消特性,结合谐振腔自身的增益损耗原理来实现两激光器的被动式相干合成.理论分析了该技术的锁相机理,并在实验中实现了两路脉冲固体激光器的相位锁定,获得了单脉冲能量300 mJ的相干合成激光输出,合束效率约为80％....     

LD泵浦的室温运转内腔倍频473nm全固态蓝激光器

从理论上分析了准三能级系统固体激光器室温运转的条件以及实现方法,同时给出了实现473nm蓝光发射的方案.报道了用波长808.5nm,功率为2W的半导体激光器泵浦Nd:YAG,采用内腔倍频的方法,在室温下获得946nm波长准三能级连续红外激光输出120mW,以及用BBO晶体倍频获得473nm波长10mW的连续蓝色激光输出.     

28.4nm和30.4nm波段的C/Si多层膜

对于宇宙的探讨,特别是对太阳大气层的研究,需要用Ｘ射线、极紫外及远紫外波段望远镜来观测。我们报道了一种新的材料组合Ｃ／Ｓｉ用于２８．４ｎｍ（４３．６５ｅＶ）和３０．４ｎｍ （４０．７８ｅＶ）波段的多层膜反射镜,并且用离子束溅射装置制备了正入射条件下的Ｃ／Ｓｉ多层膜反射镜。同时,我们用软Ｘ射线反射计测量了其反射率,在正入射条件下测得最大反射率达１４％ （３０．４ｎｍ ）。     

宽角度入射700nm-800nm波段减反射薄膜的研究

阐述了利用非均匀膜系理论设计宽角度减反射薄膜的方法,从理论上分析了在宽角度的情况下,偏振产生透过率不同的原因,模拟设计了光谱区在700nm～800nm波段、入射角为0°～80°之间的宽角度减反射薄膜,从优化结果来看是较为理想的膜系,进而探索出了一条新型膜系设计的途径。这一研究方法如能应用在太阳能、光纤通信、航天、激光等领域,将大大地提高光能的利用率,具有重要的应用价值。     

一种新型650nm的光电探测器

主要阐述了一种新型P*PIN结构的硅光电二极管,采用N型硅衬底,经过氧化光刻后,先作一次很薄淡硼扩散,再进行浓硼扩散,这样形成高低发射结的方法,减薄死层厚度,减少光生载流子的复合,以提高光电转换效率.     

全固态单纵模593.5 nm和频激光器

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出。采用单块Nd:YVO₄晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡。放入I类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%。在腔内加入400 μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出。实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法。     

13.9nm和19.6nm正入射Mo/Si多层膜反射镜反射率的测量

根据理论模拟计算并设计了分别工作在13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗两种X射线激光的Mo/Si多层膜,将自行设计的小型反射率计安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,组成以铜靶激光等离子体辐射源作为极紫外光源的反射率测量装置,对研制的Mo/Si多层膜反射镜的反射率进行了测量。实验结果显示,中心波长分别是13.91nm和19.60nm,相应反射率分别是41.9%和22.6%,半宽度分别是0.56nm和1.70nm,中心波长和半宽度与理论值基本一致。为了全面了解多层膜的性能,用WYKO测量多层膜的表面粗糙度,13.9nm和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别是0.52nm和0.55nm。     

13.5nm Schwarzschild显微镜系统及成像实验

研制了工作波长为13.5 nm的Schwarzschild成像显微镜.从共轴两镜系统的基本理论出发,通过消除三级球差、彗差和像散设计了Schwarzschild物镜的光学初始结构,计算了物镜的光学传递函数.结果表明,物镜在士0.3 mm视场内像方空间分辨率可达550 lp/mm.根据工作波长和镜面的入射角度设计了Mo/...     

Ultraviolet microscopy at wavelengths below 240 nm

Modification of the techniques used for ultraviolet microscopy have allowed extension of the usable wavelength range down to about 220 nm. The 150 W xenon lamp in a Leitz ultraviolet microscope was replaced with a 1000 W xenon-mercury lamp. A special low gelatin content film was employed and a new epoxy embedding medium of low UV absorbance was formulated.     

13.9 nm Laminar分束光栅的研制

利用全息-离子束刻蚀工艺制作了工作波长为13.9 nm的Laminar分束光栅.光栅的线密度为1 000 lp/mm,槽深13 nm,占宽比0.43,Au膜厚度为40 nm左右;当工作波长为13.9 nm,入射角为81.2°时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.1%,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27%和30%.实验结果表明,研制的Laminar光栅可用于13.9 nm激光的分束,能够获得＞7%的分束效率.     

30.4 nm正入射成像系统滤光片

多层膜反射镜是30.4 nm正入射望远镜的主要反射元件,但它在紫外、可见和近红外光波段也具有很高的反射率,需要滤光片来消除这些长波辐射,而滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起重要作用.根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料.在考虑透过率和膜强度的基础上,确定了滤光片的膜层厚度.改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,其波长扫描精度为±0.017～±0.097 nm,对所制备的铝滤光片进行25.6～1 000 nm波段的透过率测量,测量结果显示其在30.4 nm 处的透过率为58.85%.为了比较全面地反映该种滤光片的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段的透过率,其值接近零,证明了该滤光片可满足30.4 nm成像系统的需要.