单级静态高峰值功率灯抽运脉冲Nd∶YAG固体激光器

报道了采用对称平面平行腔结构实现单级静态输出30 kW高峰值功率灯抽运Nd∶YAG固体激光器的研究结果。从速率方程出发,推导出脉冲Nd∶YAG固体激光器的单脉冲能量表达式,模拟出输出镜最佳透过率及最大输出能量。通过实验选取激光器工作的最佳参数,研制出一台高峰值功率灯抽运脉冲Nd∶YAG激光器,理论模拟和最佳实验结果基本一致。激光器在最大输入电压为800 V,脉宽为2 ms时,输出最大单脉冲能量60 J,最大峰值功率30 kW,光束质量M2为5.9,总体电光转换效率3.3%。在最大输入电压为800 V,脉宽为1.5 ms时最大平均功率405 W。采用该激光器切割6 mm低碳钢和4 mm不锈钢,在脉宽为2 ms,频率为6 Hz,峰值功率为30 kW时,切割4 mm不锈钢速度为1 mm/s,切割6 mm低碳钢速度为1.5~2 mm/s。     

大功率半导体激光相变硬化U74轨钢的试验

使用自制的大功率半导体激光器对U74轨钢进行了相变硬化.结果表明,硬化层硬度值可以达到800～900 HV0.01,是基体硬度的3～4倍,沿半导体激光器光斑的不同轴向扫描对硬化层有很大影响,沿慢轴方向扫描得到的硬化层深度要远高于快轴方向,硬度值沿深度方向在过渡区附近迅速下降至基体硬度.试验表明,大功率半导体激光器在材料表面处理领域有着较为广阔的应用前景.     

高功率光纤激光器涂覆层切口热效应的研究

随着光纤激光器迅速发展,单根光纤导光功率的提高对光纤之间的熔接也提出了更高的要求。在光纤的熔接处理中,涂覆层切口处边界条件的变化导致光波泄漏,这种损耗会成为高功率光纤激光器热效应问题的一个因素。本文根据光波传导方向的先后将涂覆层切口分为前切口和后切口。首先理论研究了两种切口处的光模场分布,并分析了引起切口热效应的主要原因:前切口发热原因主要有波导结构突变导致模场不匹配引起损耗和涂覆层光波泄漏引起的损耗,因此切口形状有较大影响;后切口处损耗则是因为耦合损耗引起。其次,实验研究了几种涂层形状在前切口和后切口的发热特征和温度差异,绘制了前切口不同形状引起的漏光和后切口温度与涂覆层剥离长度的关系曲线。     

激光加工用半导体激光器的光束变换

考虑不同的激光加工方式对激光功率密度和激光光斑尺寸的要求不同,研究了如何通过调整光路设计实现各种尺寸的聚焦光斑输出,使半导体激光器满足不同激光加工方式的需求.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、聚焦等光束变换方式,实现了多种尺寸的光斑输出.实验中采用16个bar叠加而成的980 nm半导体激光叠阵,阈值电流为6.4A,最大工作电流为84.8A,最大输出功率为1 280 W,总的电-光转换效率为58.9％.准直后快轴的发散角小于4 mrad,慢轴的发散角小于20 mrad.通过实验对该激光叠阵进行光束整形和扩束准直、聚焦,最终实现了功率为1 031 W的激光输出,聚焦镜焦距为300 mm时的聚焦光斑尺寸达1.2 mm×1.5 mm,功率密度达3.8×104 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热导型焊接.     

半导体激光抽运源大通道水冷热沉的接口设计

针对普通大功率半导体激光抽运源用大通道水冷热沉热阻高、工作时热沉表面在大通道水流方向存在明显温升进而导致加载其上的激光bar寿命不一致以及抽运源整体光谱宽度难以控制的问题,利用商用有限元软件ANSYS仿真获得抽运源工作时不同冷却水流量条件下热沉内部温度场分布,分析该结构热沉热阻系统的构成及整体热阻瓶颈所在。实际中通过改变冷却水接口结构,获得“入口效应”,提高了大通道热沉整体换热性能,进一步减小热沉表面温度梯度。利用所设计的新接口大通道水冷热沉获得3 bar线阵120 W连续(CW)输出半导体激光器抽运源,输出中心波长为807.7 nm,光谱宽度(FWHM)为2.8 nm。     

光束质量超过全固态激光器的千瓦直接半导体激光器

介绍了采用多波长耦合和偏振耦合的方式实现千瓦级高功率半导体激光输出的方法.通过光束整形的方法,实现了快慢轴光束参数积对称化,激光器输出激光光束质量小于12 mm·mrad,超过了全固态激光器的光束质量;激光器光-光转换效率达到87.5%.并通过智能化控制,实现了不同波长、不同功率、不同脉冲宽度的激光输出.     

高光束质量大功率半导体激光阵列的微通道热沉

针对现有高光束质量大功率半导体激光阵列内部发光单元条宽、填充因子不断减小,腔长不断增加的发展趋势所带来的热源分布及长度变化影响器件热阻的问题,利用分离热源边界条件结合商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行数值计算,获得微通道热沉热阻随阵列器件发光单元条宽、空间位置变化关系以及不同阵列腔长对应的微通道优化长度.根据优化参数制备获得尢氧铜微通道热沉,并对宽1 cm,腔长1 mm,条宽100μm,填充因子为25%的半导体激光阵列进行散热能力测试,冷却器外形尺寸27 mm×11 mm×1.5 mm.微通道热沉热阻0.34 K/W,能够满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求.     

使用格兰-泰勒棱镜偏振耦合的1 kW大功率半导体激光器

大功率量子阱半导体激光器输出为线偏振光,而格兰-泰勒棱镜具有双折射性质,能将两种偏振方向相互垂直的光区分开.如果将格兰-泰勒棱镜反方向使用,则能将两个偏振方向的光耦合输出.使用两个中心波长808 nm,输出功率600 W的半导体激光堆栈,一个堆栈的输出光经过1/2波片后偏振方向旋转90°,另一个堆栈偏振方向保持不变,经过格兰-泰勒棱镜做偏振耦合后合成一束.分别经过快慢轴准直、聚焦和慢轴消球差后输出,其中聚焦镜f=100 mm.在工作电流130 A时,电光转换效率约为43%.使用UFF100激光光束质量诊断仪测量,焦斑呈矩形分布,焦斑面积为0.547 mm×5.0 mm,快轴光参积Kf=26.1 mm·mrad,最大输出功率1 kW,激光器系统工作稳定.     

非球面金属反射镜在红外热成像系统中的应用研究

介绍了非球面金属反射镜在空间和军用光学红外热成像系统中的应用，系统的工作波段为3．7μm～4．8μm，环境温度变化范围-30℃～＋45℃。阐述了金属反射镜的设计，包括反射镜材料的选择，反射镜结构的选择，分析了影响金属反射镜面型精度的因素。同时给出了金属反射镜有限元分析模型。系统经外场实际测试的结果表明，使用了金属反射镜的红外热成像系统达到了光学系统的设计指标。     

高光束质量千瓦直接半导体激光器研究

介绍了采用多波长耦合和偏振耦合的方式实现千瓦大功率半导体激光输出的方法.通过光束整形的方法.实现了快慢轴光束质量的均匀化,激光器输出激光光束质量小于12 mm·mrad,超过了同功率全同态激光器的光束质量,激光器光一光转换效率达到87.5%,激光器插头效率大于34%.