提高二极管激光阵列外腔锁相效率的实验研究

采用1/4 Talbot外腔实现宽条二极管激光阵列的锁相,在工作电流是35 A时,获得7.56 W的锁相输出功率,输出光束的远场图像是多瓣结构,锁相前后输出光的光谱宽度从2.0 nm压缩到0.2 nm。腔内插入焦距大约为5倍腔长的柱透镜,在相同电流下获得8.75 W的锁相输出功率,输出光的远场图像是多瓣结构,输出超模的数目有所减少,能量向中部集中,输出光的光谱宽度是0.2 nm。     

二极管激光阵列波长光束组合实现20W输出

基于波长光束组合(WBC)技术,利用光栅衍射和外腔反馈,将二极管激光阵列(LDA)发光单元锁定在不同的波长上,以近似平行光束沿光栅的-1级衍射方向组合输出,改善LDA输出光束质量.实验中采用发光单元宽度为100μm、周期为500μm及由19个单元构成的l cm普通商用LDA,在连续运行最大注入电流为60.6A、自由运转输出功率为49.8 W时,获得功率为20.1 W的组合光束稳定输出,其光谱宽度为15 mm,对应的远场发散角由约70 mrad变为1.66 mrad,改善后的光束质量因子M2x.y约为32,与单个发光单元的光束质量相当.     

二极管激光阵列在Talbot外腔锁相中的超模分析

采用数值计算的方法,对二极管激光阵列在Talbot腔、1/2Talbot腔和1/4Talbot腔中锁相时,同相模和异相模的分布进行了计算。结果表明:同相模在Talbot腔中成像位置没改变,在1/2Talbot腔中成像的位置有d/2的偏移,成像均没有产生相移;在1/4Talbot腔中同相模的分布是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置没有改变,产生-π/4的相移,另一组成像位置有d/2的偏移,产生π/4的相移。异相模在Talbot腔和1/2Talbot腔中成像位置均没有改变,在Talbot腔中异相模产生-π/2的相移,而在1/2Talbot腔中产生-π/4的相移;在1/4Talbot腔中异相模也是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置向左偏移d/4 ,一组向右偏移d/4 ,均产生-π/8的相移。所得结果给出了二级管激光阵列在Talbot外腔中同相模和异相模的分布规律。     

外腔锁相中二极管列阵相邻单元间不同侧模的耦合系数

推导了锁相外腔中半导体激光器列阵相邻发光单元之间不同阶侧模的耦合系数,计算了耦合系数的幅度与外腔长度的关系。结果表明:幅度的极大值对应的外腔长度随侧模阶次增大而减小,不同阶次侧模耦合系数的最大幅度也随阶次降低而减小。上述结果意味着;要实现相邻单元间的基侧模耦合锁相,应该把腔长放在对应的极大值附近;同时也预示着如果腔长过短,可能会出现高阶侧模的外腔锁相。     

二极管激光阵列Talbot外腔锁相机理的实验研究

研究了二极管激光器阵列(DLA)独立单元的Talbot外腔锁相和多个单元的Talbot外腔锁相,验证了在大电流情况下单元内部可以实现Talbot外腔锁相,远场图样显示为高阶横模的锁定.多个单元的Talbot外腔锁相实验表明,随着发光单元个数的增加,DLA趋向于局部锁相.     

探针扫描法快速测量半导体激光阵列Smile效应

为克服传统光学方法测量半导体激光阵列(LDA)Smile效应时存在的光学系统搭建精度要求高、测试人员素质要求高、后期数据处理繁杂测量时间长等缺点,通过用机械接触式台阶仪的探针扫描焊接后LDA芯片N面的方式,快速测量LDA的Smile效应,并将之与传统光学方法测量的Smile效应进行对比。结果表明,两者形态完全一致,差别小于1 m。用台阶仪测量LDA Smile效应耗时小于1 min。此方法能为芯片焊接工艺优化Smile效应提供快速反馈,可方便集成在大批量生产流水线中对LDA的Smile效应进行实时监测。     

半导体激光阵列光谱压窄及光束整形技术研究

采用体布拉格光栅外腔和阶梯镜实现了半导体激光阵列光谱压窄、波长稳定及光束整形。在工作电流为15 A时,输出激光波长锁定在807.7 nm,且不随水冷温度漂移。光谱宽度由自由运转的3.0 nm减小到0.23 nm,且不随注入电流的增加发生明显变化。阶梯镜光束整形和聚焦后,耦合进芯径为600 μm,数值孔径为0.22的光纤,耦合效率为88.6%。     

方兴未艾的二极管泵浦的激光晶体材料

简要叙述了半导体激光器现存的一些问题和二极管泵浦固体激光器的特点,评述二极管泵浦激光晶体材料的最新进展。     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

激光成像雷达用的高功率二极管激光器阵列

二极管激光器作为成像激光雷达的光源,具有结构紧凑,效率高和成本低的潜力。然而,迄今尚没有市售的高功率ＣＷ器件能满足低波束发散度的要求。本文介绍一种面发射分布反馈（ＳＥＤＦＢ）激光器阵列,它借助微光学透镜阵列,得到１０Ｗ输出功率和亚ｍｒａｄ量级的波还发散角。     

二极管激光成象雷达及其关键技术

二极管激光器以其体积小、质量轻、坚固可靠、高效率、高重频和潜在的低成本而成为小型激光雷达优选光源。近几年来，随着金属有机化学汽相沉积（ＭＯＳＶＤ）工艺和量子阶器件结构的问世，二极管激光器，特别是二极管阵列激光器的输出功率取得突破性进展，足以支撑近程战术应用的成象激光雷达的研制。本文概述了二极管激光成象雷达的发展背景，发展现状和趋势，关键技术及途径。     

基于楔形微透镜补偿半导体激光阵列指向偏差

针对半导体激光阵列的发光单元指向性偏差导致快轴光束质量显著劣化的现象,研究了发光单元指向性偏差对快轴光束质量的影响,提出了一种利用微光学元件补偿发光单元指向性偏差的方法,设计了一种楔形微透镜阵列,可实现单个bar条的光束耦合进芯径200μm、NA=02的光纤。模拟计算结果表明,楔形微透镜阵列的补偿作用可使半导体激光阵列快轴方向的光参数积由6424mm·mrad下降到5814mm·mrad,光纤耦合效率达到956,相比补偿前提高了104。为降低工艺难度,采用分类补偿的方法,模拟光纤耦合效率达到915。考虑到工业应用,采用由三片楔形透镜组成的透镜组对分类后的发光单元光束分别进行补偿,测量得到的光纤耦合效率为904,比补偿光束指向性之前的耦合效率提高了约7。     

二极管侧泵浦激光器的光斑优化研究

随着激光加工市场的逐步扩大,二极管泵浦的固体激光器需求越来越广泛,而晶体热效应所导致的光斑质量问题也越来越不可忽视。介绍了激光二极管侧泵浦激光器的基本结构和制造方法,并详细分析了热效应的起因。提出了调整芯片轴心距和芯片长度等优化光斑质量的技术手段。针对相同泵浦总功率,3.7,4.2,4.7和5.7 mm 4种轴心距及10,15,20和25mm 4种二极管阵列芯片长度,进行温升的模拟,得到了实测光斑效果。通过理论分析与实验对比,最终得到了增加芯片轴心距、增加芯片长度等手段有助于改善模块的光斑质量这一基本结论,为高端模块研发提供了技术思路。     

外腔法实现半导体二极管激光列阵的高功率、双波长、窄带宽输出

报导使用外腔法的最新实验结果.激光器为7 W的半导体二极管激光列阵(LDA),波长为808 nm,带宽近2 nm.一全反镜作为外腔提供反馈.外腔中插入一标准具作为选模器件,同时,标准具另一表面的反射作为系统的输出.得到约2.3 W的双波长等功率输出.两个中心波长间隔为1.66 nm,每个输出波长的带宽都小于0.1 nm. 这一结果远远大于以前报道的毫瓦量级.(OC20)     

外腔半导体激光器动态模稳定性的研究

为了研究调谐过程中外腔半导体激光器的模稳定性,采用多光束干涉理论推导Littrow结构外腔半导体激光器的腔增益,并模拟其模结构。分析了光栅面和转臂不在同一平面的情形下,在光栅转动调谐时,通过匹配光栅的反馈波长变化率与外腔波长变化率,推导出最佳的初始外腔长度,并研究了动态模稳定（无跳模调谐）的范围;采用严格的耦合理论和光线变换矩阵分析了准直（耦合）透镜的位置对系统后向耦合效率的影响。结果表明,系统后向耦合效率最大可达99%,极大地压窄了中心波长为780nm半导体激光器的线宽,外腔半导体激光器的理论线宽为未加外腔时的0.96%,动态模稳定范围可达6.8nm。     

二极管泵浦的高光束质量被动Q开关激光技术研究

研究了二极管端面泵浦及Cr4 ：YAG晶体作为被动Q开关对激光模式的影响，讨论了在一定条件下，二极管端面泵浦的被动Q开关激光器产生单纵模激光振荡的原因、机理和条件。在实验中，获得了单脉冲能量30μJ，脉宽6ns，重复频率2000Hz的单纵模激光输出。     

外腔锁相二极管激光列阵超模的阈值分析

利用耦合矩阵本征值求得了外腔锁相二极管激光列阵的各阶超模所应满足的阈值条件 ,研究了激光器前端面剩余反射和外腔长度对各阶超模阈值增益的影响。在无剩余反射的理想情况下 ,阈值增益曲线随外腔长度变化缓慢 ,从而可以通过选择外腔长度使DLA稳定运行在最高阶或最低阶超模 ;在有剩余反射时 ,外腔长度在波长范围内的变化都可能使DLA在最高阶和最低阶模式之间交替运行     

光纤激光阵列自组织相干合成的性能研究

研究了基于倏逝波耦合的自组织相干合成激光阵列。应用静态本征模/超模理论推导阵列模式;通过数值方法考察阵列激光系统的动态特性进而分析输出功率的稳定性、阵列的扩展能力和阵列模式;并对两种方法得到的阵列模式进行了比较分析。结果表明:输出功率的稳定性以及输出功率的大小受阵列的锁相性能和阵元间的相位差影响;随着激光单元数目的增加,阵列总输出功率会非线性增大。通过跟踪各个阵元的相位变化并考察阵列模式的近场和远场特性,初步验证了37单元阵列的相干合成,随着阵元数目的增加,中心阵元与其邻近层阵元的振幅差会逐渐减小。     

光子晶体调制半导体激光器侧模

为了实现半导体激光器的单侧模稳定工作,提出了一种在激光器的脊条两侧引入光子晶体结构滤除半导体激光器高阶侧模的方法。通过调整激光器上表面的刻蚀深度、光子晶体区域的条宽和间隔来改变激光器内部的模场分布,同时结合选择性的载流子注入来增强基模的激射优势,进而减少侧模的数量。实验上制作了主脊条宽度为6 m,光子晶体周期5 m,波长1 550 nm的半导体激光器。测试结果表明:在连续工作的情况下,电流300 mA的时候,高阶侧模受到抑制,水平发散角变为10.2,证实了光子晶体结构调制激光器侧模的可行性。