大功率堆积型激光阵列光束的远场分布模型

为了合理地设计光学系统以整形大功率激光二极管阵列(High Diode Laser Stack)出射光束,必须准确了解HDLS的远场分布,然而对于HDLS远场分布的研究还不多。从亥姆霍兹方程出发,以激光二极管(Diode Laser)远场分布特性为基础,提出了一种新的半导体激光器阵列的远场分布模型,通过计算机仿真给出了简化DLS模型的远场光场变化图;模型还可表示不对称的双峰结构,有一定的现实意义。     

半导体激光器参数综合测量法及其应用

本文描述一种激光器参数综合测量方法和实验装置,不需移动待测样品,能测量光强-电流特性、近场和远场、激射光谱等激光器参数,以及对器件的结构、发光位置、腔面完整性等进行观察。     

光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场的影响

对光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场分布的影响进行了数值研究,分析了输出单元占空比、位置误差和平行度误差对远场光场分布的影响。结果表明,输出单元占空比的增加只能提高中心光斑的能量,但无法改变中心光斑的平均光强;而位置误差会使远场光场中的旁瓣能量减弱,降低光纤激光器相干合成系统的转换效率。分析发现,位置误差的这种影响可以通过增加输出单元的占空比来减弱。最后,通过分析平行度误差对远场光场的影响,对光纤激光器相干合成系统中的平行度误差控制提出了建议。     

单面金属波导太赫兹量子级联激光器的天线模型

太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是理想的固态THz源,其出射光束的远场特性是THz QCL研究中重要的一部分。实验上,THz QCL的远场光斑常呈多瓣或环形结构,用一般的衍射理论难以解释,为此把激光器看成辐射天线,利用电磁场理论,推导了单面金属波导THz QCL辐射远场场分布和光强分布基本公式。对具有典型参数的THz QCL的远场分布进行了计算。数值结果表明：辐射远场光强分布是不对称的环形结构,且随着激光器的腔长变长,环逐渐变密。可见,THz QCL的天线模型给出了与实验观察一致的结果,说明天线模型更适合于THz QCL远场光束的分析。     

激光时空特性对双光束相干合成影响分析

从标量衍射理论出发,分析了相干合成光束远场光强的分布特性,并以两路单元激光为例讨论了激光输出时空特性参数初相位、波前、偏振等特性对相干合成远场光强分布的影响,阐明了相干合成的高功率固体激光器必须采用同一个单频窄线宽种子源分束放大技术的原因,并结合高功率固体激光器实际结构特点与可采取的技术手段,提出光路差、光强比、偏振度...     

宽发光区二极管激光阵列的侧模简单研究

宽发光区二极管激光阵列的侧模分布十分复杂,很难将各阶侧模区分出进行单独研究。本文利用多光束相干合束理论给出了宽发光区二极管激光阵列相干合束远场分布的表达式,在此基础上获知远场光强分布的包络线由发光单元的侧模决定。从实验记录结果可以看出,利用外腔镜对宽发光区二极管激光阵列进行锁相,将某阶侧模锁定(其中基侧模最容易实现),抑制其他阶侧模,并获得相干合束的远场光强分布图。将理论分析结果与实验结果进行对比,能较好的吻合。结果表明,虽然LDA侧模结构复杂,较难分析,但可借助于宽发光区二极管激光阵列相干锁相分析侧模结构。所得结果表明利用宽发光区二极管激光阵列发光单元的侧模可以改善宽发光区二极管激光阵列光束质量。     

“smile”对一维分布光源相干合束的影响

利用傅立叶方法导出的相下光束合成的远场表达式,讨论了一维锁相二极管激光列阵的相干合成远场.对发光单元数目分别为5、9、19列阵的同相模的远场光强分布进行了计算.以19个发光单元线阵为例,讨论了存在"smile"时DLA的远场特征,研究表明:"smile"对已经具有相干性的多光束合成场远场光强的分布并无严重的影响.     

阵列光束的偏振方向对其相干合成远场光强分布的影响

理论推导了线偏振光纤激光器阵列相干合成远场光强分布的表达式,详细研究了激光器的偏振方向对相干合成远场图样分布、中心主瓣的角宽度以及相干合成远场条纹可见度的影响.阵列光束偏振方向的不一致会使相干合成远场光强的峰值功率下降,中心主瓣的宽度增加,远场光强分布有本底漂移,远场条纹可见度下降.     

光阑对非均匀偏振光传输特性的影响

从光束的相干-偏振(BCP)矩阵和传输理论出发,推导出了非均匀偏振(NUP)光通过光阑后的偏振度和光强分布的一般表示式。给出了一个光强均匀分布NUP光束的数值计算例。结果表明,通过光阑后光束的偏振度和光强分布发生了显著的变化。横平面上偏振度出现了振荡,光强剖面为非均匀分布。但在远场为均匀偏振。     

非平整端面光波导光学相控阵输出特性的研究

光波导光学相控阵器件端面的平整性对其输出特性有很大影响。基于光场相干叠加原理,建立了非平整端面下光波导光学相控阵的远场光场分布模型,给出了远场光场分布的一般公式,分析了非平整端面如何影响输出面上光场的相位以及输出面相位的变化如何影响远场光场分布。利用该模型计算和分析了倾斜平面、凹面、单层凹陷以及随机起伏面这几种特殊非平整端面下光波导光学相控阵输出光强分布的特点。研究结果表明:当光波导光学相控阵的端面非平整时,会不同程度地改变远场主瓣的位置和强度,影响光束扫描精度和功率。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

光纤激光器空间相干合束远场特性分析

基于Fraunhofer标量衍射理论,计算了按圆周形排列的6束光纤激光相干合束的远场光强分布,并对其能量集中程度进行了讨论。分析表明合成光束的远场光强分布可等效于若干平面波干涉结果与单束衍射包络之积,当单元激光器所排列的圆周直径在5倍单元激光束腰宽度以下的时候,合成光束将有超过90%的能量落在单元光束的86.5%能量圆以内。结论指出适当选择单元激光器的排列间距可以控制能量的集中程度,甚至使合成光束的能量集中度优于原单元激光器产生的高斯光束。     

Coupled mode analysis of wavefront properties of phased array diode lasers

A coupled mode analysis of phased array diode lasers is used to calculate the far-field wavefront properties of the array modes. It has been found that phase variation across a far-field lobe of the array is less than that of the single emitter.     

光学组合半导体激光器输出光束特性研究

为了评价光学组合半导体激光器的输出光束性能,采用两种方法从理论上分析了光学组合半导体激光器的输出光束的光束传播因子.第1种方法与传统堆栈式半导体激光器的光束质量评价方法类似,通过几何光学得到光束束宽;第2种方法采用管芯光强分布的类高斯模型计算输出光束的二阶矩进而得到光束束宽,最后均得到输出光束的光束传播因子与激光条单元数及激光条包含管芯数的关系.进行了3个激光条组成的光学组合半导体激光器的实验,获得输出功率120W,功率密度209W/cm2,光束平均间距1.1mm,整体光束传播因子M2=197.对比了两种方法及实验结果.结果表明,这两种方法可以用来估算光学组合半导体激光器的输出光束质量.     

单脉冲激光散射探测研究

利用低空激光大气传输模型,对1.06μm激光在大气中传输时散射辐照度的分布进行了数值计算,通过与相同条件下的激光器回波信号能量进行比较,发现计算结果在理论分析上存在较大差异,其原因是未考虑激光器的单脉冲特性。通过对在单脉冲工作方式下的激光散射能量公式进行改进,提高了散射探测的计算精度。     

线阵光纤激光相干合成角度扫描控制方法研究

基于光的干涉理论,对多芯线阵光纤激光通过相干合成进行角度扫描的原理进行了研究。利用相干合成模型,用MATLAB分别对信号无噪声与含有随机相位噪声时的合成效果进行了数值仿真计算,分析了通过主动相位控制对合成光进行角度扫描的可行性;基于MOPA结构光纤激光线列搭建了相干合成角度扫描控制系统。通过实验验证了在多路光纤激光完成锁相后,若依次等比改变各芯激光的相位可以实现主极大条纹连续的角度扫描,扫描范围与模型中计算所得结果基本一致,实验结果与理论计算相符。该方法的探索研究对线列光纤激光的相干合成应用拓展有一定的指导意义。     

小发散角量子阱激光器研究

使用三层平板波导理论分析了半导体量子阱激光器远场分布。针对大功率激光器讨论了极窄和模式扩展波导结构方法减小垂直方向远场发散角,得到了极窄波导结构量子阱激光器远场分布的简化模型,获得了垂直发散角的理论值,垂直方向远场发散角减小为28.6°;使用传输矩阵方法模拟了模式扩展波导结构量子阱激光器的近场光斑及远场分布,垂直方向远场发散角减小为16°。实验测试了极窄和模式扩展波导结构量子阱激光器的垂直发散角,理论结果与实验测试获得的发散角基本一致,实现了降低发散角的要求,获得了小发散角量子阱激光器。     

部分端面抽运板条激光器腔镜倾斜问题研究

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器．配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素，快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法，利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响，并分析了光束质量的变化。理论分析表明，腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大，但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大，远场发散角和光束腰宽度也增大，光束质量虽然存在恶化的趋势，但光束质量因子肝值仍然较小，离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。     

Optical scattering at lateral waveguide boundaries in (stripe geometry) injection lasers

Complex multilobe far-field emission patterns observed for buried heterostructure (BH) and deep Zn-diffused double heterostructure (DH) lasers are analyzed according to a slab waveguide model with sinusoidal boundary perturbations. This model is applicable because a Fourier analysis of any irregularity in the laser stripe boundary shows spectral components only at integer fractions of the finite laser length. From the angular position of the narrow far-field emission sublobes, sign and magnitude of the effective refractive index step under the stripe can be inferred. From the intensity of the sublobes, the deviation of the stripe boundary from ideal straightness is estimated.     

高功率激光束的远场特性研究

采用场振幅沿x方向呈线性变化的非均匀光束模型,研究了非均匀场分布和内光路非线性热效应对远场特性的影响。研究表明,初始光束的非均匀分布会影响可聚焦能力,并引起像散。内光路的热效应会进一步减小可聚焦能力和加剧像散。此外,由于热效应,远场峰值光强要降低,且位置发生移动。