浅析大功率半导体激光器面阵的光纤耦合技术

近年来,半导体激光阵列发展迅猛,但由于输出光束质量差,影响了其直接应用。因此,改善大功率半导体激光器的光束质量成为各国关注的焦点。本文在介绍光纤耦合技术的基础上,对大功率半导体激光器面阵光束整形方案进行了分析和研究。     

基于光纤耦合的光纤激光阵列像差探测

提出了一种基于光纤耦合的光纤激光阵列像差探测方法,介绍了其结构和波前复原过程,采用数值仿真模拟其复原湍流像差的过程,并进行了7单元自适应光纤准直器(AFOC)阵列复原静态像差的实验。仿真结果表明,本文提出的波前传感方法能够有效复原出湍流畸变波前,且对于不同单元数的六边形排布阵列,存在不同的最优复原阶数。阵列填充因子的降低会增大复原残差,填充因子大于0.8可保证复原残差RMS相较于填充因子为1时的增幅不超过10%。实验结果表明,利用填充因子为0.875的7单元AFOC阵列,复原以离焦为主的低阶像差时,初始畸变波前RMS为0.433 μm,复原残差小于0.075 μm。仿真和实验结果验证了本文提出的基于光纤耦合的光纤激光阵列像差探测方法的有效性。该技术有望在激光阵列大气传输及湍流校正等系统中得到进一步应用。     

半导体激光与高双折射光纤基模的耦合

在双模干涉型光纤传感器中,为了消涂光纤引导段的敏感效应,需要选择性地激发光纤的基模,本文对半导体激光器(简称LD)与光纤基模的耦合进行了理论上的分析。在高斯分布漠场假设的基础上,给出了激光束腰半径和光纤基模模场半径的表达式,以及利用透镜进行两模式匹配的具体光学计算公式。据此进行的LD与高双折射光纤偏振模(基模的一个偏振分量)的耦合实验得到了28％ 耦合效率。文章最后讨论了半导体激光器的椭圆性和固有象散以及光反射对耦合造成的影响。     

平面镜半导体光束整形的设计优化与光纤耦合

本文在光纤耦合理论分析的基础上,采用平面镜反射整形方法对半导体准直光束进行重排,提出了应用于半导体光束整形的整形器结构表达式.针对慢轴发散角较大引起整形次数增加和多次反射易损耗的特点,分析并优化平面镜的结构参数,设计了整形次数为13次的平面整形器,使得半导体激光器快、慢轴方向的光束实现光参数积均衡.通过对整个光学系统的模拟和实验,表明采用该方法能够实现条阵半导体激光耦合进入芯径200μm、数值孔径为0.22的光纤中,耦合效率接近50%.     

光纤耦合效率与接收光强计算研究

由于用近似方法计算出的光纤耦合效率和接收光功率与实验测量之间存在差异,有必要探讨更准确的计算方法以满足应用的需要。通过对径向变量的积分,导出了在高斯光强分布下对接收光纤端面进行面积分计算的一元积分式,从而可以快速准确地对光纤的耦合效率和接收光功率进行数值计算。对62.5/125多模光纤的耦合效率和接收光功率进行的数值计算和实验测量说明,光纤的耦合效率只有用准确的数值计算才能给出与实际相符合的计算结果。使用芯径较大的接收光纤测量出射光束的近场光强分布时,光纤接收光强分布较光束的光强分布有较大的展宽,其相对误差甚至可达60%。     

甚多孔径光纤激光相控阵的光束扫描特性研究

甚多孔径光纤激光阵列是构建大功率、高光束质量、等效光学大口径的新兴技术手段之一,而基于相位精密操控实现阵列激光束的共相,乃至快速、灵活的光束偏转是当前光纤激光相控阵技术面向应用的关键。本文将光学相控扫描技术与光纤激光相干合成系统相结合,研究了甚多孔径光纤激光相控阵的光束扫描特性,通过改变准直激光阵列相邻子孔径间的相位差实现了光束扫描。对比分析了19、133、703孔径光纤激光相控阵的远场扫描光束形态分布特征,据此定义并计算了扫描极限范围。该结果为后续开展光纤激光相控阵在长程传输下精确指向控制实验研究提供了理论依据。     

光纤耦合问题的研究及球形端面光纤的应用

介绍了光源与光纤耦合的几种方法以及球形光纤的制作方法，采用射线理论分析了圆球形端面多模光纤的端面效应，给出了半导体激光器（LD）与圆球形端面光纤耦合的应用实例。实验结果表明该方法结构简单、调整方便，有实际应用的潜力。     

激光光纤可以固化、切割、甚至可以焊接

德国方和菲研究所开发了一种光纤激光系统，在需要的情况下，可以固化、切割、甚至可以焊接。近年来，光纤激光器发展迅速，在一个厚度仅有50μm的光纤中可产生数千瓦的光输出。光纤可像电缆一样柔软，使其可与外形复杂的元件相连接。     

激光相干阵列成象雷达系统光束整形的研究

激光相干阵列成象雷达系统中本振光波前与信号光波前匹配与否直接影响系统的灵敏度和分辨力。采用共轭光栅合成技术对相干成象本振光束作整形处理，以适应探测器件列及合成输出满足最佳信噪比条件。     

光纤水听器调制激光光源的一种实现方法

在干涉型光纤水听器的信号检测技术中,采用相位载波零差检测方式,直接调制激光光源,具有明显的优越性。提出了一种实现方法,通过产生高频正弦波,对激光光源(多量子阱分布反馈激光器),进行直接驱动调制。光源调制输出波形精确多样(正弦波、三角波(包括锯齿波)和方波),输出频率大范围(0～20MHz),连续可调。实验表明达到了水听器对光源的要求。此调制技术也可在光纤通信等其它领域得以应用。     

锥形光纤的连接与分束

采用熔拉法获得锥形光纤。提出了锥形传输与耦合光纤(一或多根)在锥形部分(发光区)互相耦合,从而形成光纤连接分束系统的设计方案。对锥形光纤的传输与耦合特性进行了分析,同时从实验上进行了测定。综合考虑了输出光纤形状,耦合光纤形状,以及其相对位置对锥形光纤的连接与分束耦合性能的影响。理论和实验均表明锥形光纤的锥角度在3°到12°,轴线间夹角尽量小,锥尖重叠区约为十几微米时连接分束系统的匹配最佳。     

Nature of heterophase inclusions in high-purity optical fiber materials as studied with 3D laser ultramicroscopy

3D laser ultramicroscopy (3D LUM) is intended specially for determining the concentration and size distribution of submicron inclusions in the bulk samples of high-purity materials for visible and IR fiber optics. In this work the 3D LUM technique is shown to be able to identify the nature of individual inclusions detected. The measurement of the light scattered by an inclusion at a varied probe beam wavelength and polarization and at a varied scattered light collection angle makes it possible to determine the inclusion refractive index. The 3D LUM possibilities are illustrated by the example of studying the inclusion nature in the As₂S₃ glass samples prepared by the direct synthesis from elements in a quartz container at elevated temperatures.     

60瓦半导体激光器光纤耦合器件

应用光纤列阵耦合方式，对大功率半导体激光器线列阵输出光束的快轴方向用一根柱透镜准直，准直后的光束耦合到光纤列阵中，实现出纤功率为60瓦的大功率半导体激光二极管线列阵光纤耦合器件，耦合效率大于80％，光纤的数值孔径NA为0．11。     

一种新型全光纤弹速测量系统的研制

研制了一种新型的利用激光光束反射原理的全光纤弹速测量系统。该系统采用了全光纤结构和光纤耦合器等无源器件,以输出光功率1mW, 工作波长1300nm的半导体激光器作为测试系统的光源,用光纤耦合器进行分光,实现了在一根光纤中同时传输光源和接受目标反射的信号光,避免了复杂的调节和准直过程。该系统结构简单、可靠性高,利用它,成功地测量了霍普金森杆发射的子弹速度,结果表明其速度测量相对不确定度小于1%。     

轧辊磨损度光纤在线检测系统

基于反射光强与位移在一定范围内成正比的原理,提出了用反射式光纤传感器对轧辊磨损度进行非接触式在线检测的方法。通过对轧辊表面反射光强变化的精确测量,将轧辊磨损度转化为与光强成线性关系的位移来测量。提出采用一种新型等间距三光纤探头的测量方法,可以自动消除光源不稳定、反射体表面反射率不同,以及光纤传播中的本征损耗和弯曲损耗产生的误差。实验结果表明,该系统测量范围为0~1.5mm,分辨率为1μm,精确度可达到0.1%。系统具有非接触、不受电磁干扰、结构简单、高稳定性在线检测的特点。     

基于机器视觉的光纤准直器自动耦光系统

针对以往无源光器件自动耦光系统耦光耗时长的问题,提出一种基于机器视觉的准直器自动粗对光解决方案.应用工业相机采集待调准直器图像;结合改进后的OTSU二值化算法与概率霍夫直线检测算法,提取待调准直器的轮廓线并计算两准直器之间的角度位置差;根据角度位置差,控制系统会发送相应数量的脉冲控制自动平台实现运动控制.以上3个环节相...