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。     

高功率半导体激光器列阵封装引入应变的测量

考虑高功率半导体激光器列阵在封装过程中引入的封装应变会影响激光器的功率、波长和可靠性,对激光器封装应变的测量进行了研究。基于激光器输出光的偏振度变化可反映激光器有源区中量子阱的带隙变化,采用电致发光谱法推导了高功率半导体激光器输出的偏振度值与有源区应变值的关系。对800nmGaAsP/GaInP高功率半导体激光器列阵有源区的应变进行了测量,测量结果与有限元模拟计算结果吻合较好。与理论计算出的有源区固有应变的对比结果显示,激光器芯片在封装过程中受到铜热沉的压缩,会将封装应变引入到有源区中,并且激光器中间的封装应变大于边缘的封装应变。另外,激光器有源区的应变起伏比较明显,认为这是由于采用电镀方法制备的铟焊接层中存在缺陷。测量得到的最大封装应变为1.370×10-3,缺陷密度为40.8%。得到的结果表明,激光器偏振度的测量能够正确反映激光器的缺陷和封装应变值,进而可以有效衡量激光器封装质量的好坏。     

用于显微测量的自动调焦系统

显微系统的自动调焦是实现高精度测量的重要技术。采用偏心光束法,以半导体激光器作为光源,激光束与主光路光轴偏心入射到显微系统中,离焦引起反射光位置改变而获得离焦信息,用二象限硅光电池接收,光电信号经差分放大、微机处理、功放后,驱动直流电机拖动微动工作台进行离焦量补偿,从而实现显微系统的自动调焦。实验结果表明:在离焦1000μm 范围内,达到±0.1μm 精度。     

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。     

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。     

808nm和980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

为提高半导体激光器输出光功率,可将多个半导体激光器输出光束耦合成一束激光直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体激光源的亮度及光束质量.本文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.介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计了耦合器件,并自行设计光学系统对光束进行扩束聚焦.实验将808 nm和980 nm两半导体激光迭阵光束通过上述技术进行合束, 最终实现了更高功率输出,耦合效率达70%,光斑大小为3 mm×3 mm,可满足将半导体激光器直接应用于熔覆、焊接等场合的要求.     

纳米精度干涉测量中半导体激光器的光频调制方法

根据半导体激光器光注入调制理论和实验,基于不同光注入条件下的频率调制特性,提出了三种半导体激光器光频调制的具体方案。通过使用给出的光强反馈及电路控制方法,能使半导体激光器在其光频受调制期间,其输出光强的变化的范围大幅度减小。这些半导体激光器光频调制的方法用于干涉测量系统中,能极大地减小光强波动对测量精度的影响,可实现纳米级的高精度激光干涉测量。     

衍射增强相衬显微成像照片问世

由中科院长春光机所承担的,吉林省科技发展计划重大项目“80 8nm百瓦级连续波无铝量子阱迭阵激光器研制”,不久前在长春通过鉴定。专家认为,该项目首次采用光源成像调节技术,实现了五个高功率激光器bar组成的激光器线阵( 5 bar)光束共线,研制出了连续输出2 1 7W、光谱半宽为2 .5 nm、5 bar共线性好的激光列阵模块,达到国际先进水平。半导体激光列阵模块在国防、医疗、工业、信息显示等领域具有广泛的应用前景,因此越来越引起国内外科技与企业界的高度重视。为了建立我国大功率半体激光器列阵技术平台,攻克批量生产的关键技术,满足国防与经…     

基于超分辨图像复原的显微圆孔孔径测量方法

为提高圆孔的光学显微测量准确性,研究了基于超分辨图像复原的显微圆孔孔径测量方法。该方法通过超分辨图像复原处理圆孔显微图像,提高了传统光学显微系统对圆孔成像的分辨率,确定了以超分辨复原图像灰度值为0.399作为圆孔物理边缘判据,实现对圆孔边缘的准确探测。理论分析表明该方法可准确测量微米级及以上直径圆孔。核孔膜孔径测量实验中,由二值化图像得到孔径测量结果为6.35μm(测量不确定度为0.08μm),与扫描电镜测量结果6.268μm(测量不确定度为0.083μm)相符,测量误差仅0.08μm。该技术有助于实现对圆孔形状的快速、准确在线测量。     

半导体激光器阵列光束准直和聚焦系统设计

给出条阵半导体激光器光束消像散准直、聚焦的方法以及折 /衍混合准直微光学阵列系统和聚焦光学系统的设计方法 ,并设计了一准直聚焦光学系统 ,准直精度达 3mrad～ 4mrad,聚焦光斑尺寸小于 2 0 0μm     

液体表面张力激光快速测量法

基于插板法测液体表面张力系数的基本原理,介绍了一种利用半导体激光器及准直光学系统输出的矩形平行光束,结合线阵CCD传感器,实现液体表面张力系数快速测量的方法。通过测量激光束两边沿在液体表面的入射角来求得表面张力系数,解决了插板法测液体表面张力系数的液面上升高度和接触角检测难题,避免了人为因素的影响。推导了矩形激光束两边沿在液体弯月面的入射角与表面张力系数的关系,以及用CCD测量激光入射角的计算公式,并进行了参数设计和误差分析。结果表明:为了提高液体表面张力系数的测量精度,在满足测量条件下,应采用尽可能大的矩形激光束宽度、激光入射角和CCD相对距离。理论分析表明,当光束宽度的测量误差为5 μm时,水的表面张力系数测量精度为1%。若将光束宽度的测量误差减小到2 μm,则水的表面张力系数理论精度可达0.5%。实验结果证明了水的表面张力系数测量精度达到1%。     

单光源双光路激光并行共焦测量系统设计

针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应,提出将数字微镜器件（DMD）引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件,从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源,对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像;同时,考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用,并非高效的并行光源分束器件,本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置,利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明,两种光路下的正焦面位置仅相差2 μm,在一个泰伯间距范围之内,可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响,进而保证较高精度的并行共焦测量。     

Application of a diffraction grating and position sensitive detectors to the measurement of error motion and angular indexing of an indexing table

In this paper, two systems for the measurement of the error motion and angular indexing of a rotary indexing table have been developed. A laser diode, a laser holder and a position sensitive detector (PSD) are integrated as a simple measuring device for the measurement of the rotary error without using a precision reference artifact (a cylinder or a sphere), multiple probes or error separation methods. The laser diode is assembled in the laser holder and fixed on the rotary table. The PSD is set up above the laser holder to detect the position of an incident laser beam from the laser diode. When the rotary table rotates, the rotary error changes the direction of the incident beam and also the position of the spot on the PSD. For the measurement of the angular indexing, a reflective diffraction grating and two PSDs are integrated as a high-resolution angle measuring device without using an autocollimator or a laser interferometer system. The diffraction grating is set at the center of the rotary table and reflects an incident laser beam into several diffractive rays. Two PSDs were set up for detecting the positions of ±1st-order diffraction rays. A simple algebraic method is used to solve the angular indexing through an optical analysis. The experimental results showed the feasibility of the proposed test devices.     

半导体激光阵列合束技术的研究

综述了几种典型的半导体激光阵列合束方法,介绍了近年来半导体激光光束合成的最新进展,分析了各种合成方法的技术特点,总结了半导体激光阵列合束技术的发展趋势.研究发现光谱合束技术的输出光束光强分布不随阵列单元数而变化,且在远场和近场均能保持较好的叠加,大大提高了远场光束的亮度,有望成为未来半导体激光光束合成的重要发展方向.     

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.     

STUDY ON THE OPTICAL FLAT PROFILE HIGH PRECISION MEASURING TECHNOLOGY IN THE METHOD OF LASER DATUM

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＦｏｒｔｈｅｎｅｅｄｏｆｔｈｅｈｉｇｈｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ,ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｎｏｔｏｎｌｙｎｅｅｄｓａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒａｐｉｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ,ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈａｔｉｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ’ｓｂａｃｋｉｎｇａｎｄｇｕａｒａｎｔｅｅｎｅｅｄｓｔｈｅｍｏｒｅｈｉｇｈａｃｃｕｒｃｙｓｏａｓｔｏｇｅｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈｉｇｈ…     

用于大尺寸工件的动态长度测量系统

针对移动大尺寸工件的表面形貌特点,利用二维激光三角法构造出水平和垂直虚拟测量基准面;结合多传感器融合准则,建立了一种新型的大尺寸工件测量模型,并利用该模型实现了移动工件两端端面到虚拟测量基准面的位移非接触测量。采用误差分离方法自修正理论误差和运动误差的影响;结合人机交互界面,研制了高精度、低成本的移动大尺寸工件长度自动检测系统。利用该系统对在(1 000±25)mm内以不同速度运动的圆柱体大尺寸工件长度进行检测,得到的检测分辨力为10μm、检测精度为100μm、工件移动速度为5cm/s。实际运行结果表明,该系统安全、稳定、快速,可满足工业在线生产中对同类型规则的大尺寸工件控制和检测的要求。     

制造用高功率激光器光束质量的评价与测量

建立了制造用高功率激光器光束质量的评价体系与测量方法,研究了该体系所采用的评价参数、测量原理、测量方法、测量仪器以及测量结果的计算和分析方法.首先,对目前存在的评价激光光束质量的参数进行了比较和判断.接着,以光束传输比(M2)和光束参数积(Kf)为重点,阐述了光束质量评价参数与光束束宽定义之间的关系,提出了工业应用背景...     

面向绝对重力仪的光束垂直性快速调节

为了减小自由落体式光学干涉型绝对重力仪中光束垂直度对重力测量准确度的影响,提出了一种基于双层液体光楔对光束的可变偏折实现光束垂直性自校正的快速调节方法。当光束偏离铅锤方向时,利用液面天然水平的特性,使液体在重力的作用下形成可变液体光楔,自上而下的光束经双层液体光楔时光束传播方向发生偏转,合理地匹配双层液体的折射率,使它偏离铅锤方向的夹角得到实时修正。搭建光束垂直性自校正装置并进行实验验证,结果表明,装置的角度抑制比优于18.0,当装置倾斜角度不大于2.7′时,出射光束偏离铅锤方向不超过9.0″,对应于重力加速度的测量误差小于1 μGal (1 μGal=10^-8 m/s²)。将本方案用于自由落体式的重力加速度测量,仅通过条式水平仪调平便可实现光束垂直性的快速准确调节,同时还能抑制测量过程中光束垂直性缓变带来的影响。     

双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。