多点抽运的双包层光纤激光器数值分析研究

为了对多点抽运的高功率双包层光纤激光器进行深入的理论分析,从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程和边界条件出发,对多点抽运的双包层光纤激光器的数值分析方法进行了研究。通过坐标比例变换和抽运光与激光的连续性边界条件变换,将多点抽运的高功率双包层光纤激光器的数值分析模型转化为两点边值问题,然后利用两点边值问题的数值分析方法有效地进行求解,得到了抽运光和激光沿双包层光纤的分布。通过对多点抽运的双包层光纤激光器进行数值分析,不仅得到了激光器的输出功率,还能够得到抽运光损耗以及激光损耗数值大小等数据,有助于多点抽运的双包层光纤激光器的优化分析和设计。结果表明,该数值分析方法对多点抽运的双包层光纤激光器的深入研究非常有意义。     

双包层Yb/Er共掺光纤激光器的特性研究

对980nm抽运的双包层Yb/Er共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了稳态情况下光纤中上能级粒子数,抽运光功率,信号光功率沿光纤轴向的分布.计算了激光器输出功率与光纤长度的关系,激光器输出腔镜反射率与输出功率的关系.根据数值模拟的结果,采用4m长的铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,反射率为15%的双包层光纤光栅作输出腔镜组建了全光纤激光器,其斜率效率为40%.在3.4W的最大抽运功率下,得到了1.25W的激光输出,输出光谱宽度为0.49nm.     

多点抽运双包层光纤激光器理论及数值分析

大功率双包层光纤激光器采用分布式多点抽运有利于功率扩展和输出特性的优化.采用数值模拟的方法分别计算了正向多点抽运和反向多点抽运,得出了不同抽运光反射限制和不同的光纤长度条件下抽运点数与输出功率的关系,以及不同抽运点数和不同抽运光反射限制下的光纤最佳长度,并进一步得出,多点抽运时,通过在双包层光纤内包层写入光栅的方法对抽运光进行反射限制可以大大改善光纤激光器的输出特性.这些结论对多点抽运双包层光纤激光器的结构优化具有指导意义.     

三点抽运的高功率双包层光纤激光器优化设计

采用侧面抽运技术的三点抽运的高功率双包层光纤激光器是多点抽运的高功率双包层光纤激光器中最简单最基本的形式。为了研究其抽运参数的优化,以便在相同的抽运光功率下获得最大的激光输出功率,首先从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程出发,得到了总体抽运损耗功率的表达式,然后根据总体抽运损耗功率最小化的原则,对三点抽运的高功率双包层激光器进行了优化设计,得到了最优抽运点选取的解析表达式。数值仿真分析表明,优化后的光纤激光器输出功率较优化前有所提高,尤其是对于优化前抽运光的总体损耗功率较大时更为明显。三点抽运的高功率双包层光纤激光器的优化结果很有意义,也为多点抽运的双包层光纤的优化设计提供了思路。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的热效应分析

为了研究高功率双包层光纤激光器的热效应,采用模拟计算的方法,推导了掺Yb3+双包层光纤激光器中的温度分布表达式,计算了光纤激光器中的温度分布特性。分析结果表明,光纤的包层半径、传热系数以及抽运方式对光纤中的温度分布有很大的影响。所得的结果为设计实现千瓦级的光纤激光器提供了参考。     

双包层光纤侧面耦合器

研究了一种侧面抽运双包层光纤的方法,从被剥除了外包层、端面为350μm×400μm的D型双包层光纤内包层上切下长度为3mm的一段柱体,并胶合在相同的双包层光纤内包层的侧面上,构成了柱体-光纤侧面耦合器。半导体激光器的抽运光从该柱体的一端入射并通过它耦合进入双包层光纤的内包层,实验测得耦合器最大耦合效率为85%。该方法适用于输出功率为数瓦的光纤激光器和放大器的侧面抽运。     

锥形双包层光纤在高功率激光领域的应用

双包层光纤对光纤激光器和放大器来说是一个具有重大意义的技术突破,它使光纤激光器进入了大功率时代.锥形双包层光纤(T-DCF)在常规双包层光纤的基础上进一步提高了泵浦光的吸收效率.     

双包层光纤梯形微棱镜侧面耦合技术

提出了一种新型的双包层光纤激光器侧面耦合技术--梯形微棱镜侧面耦合技术,能高效且方便地将激光二极管,特别是高功率激光二极管阵列抽运光耦合进双包层光纤中.该技术采用一个与双包层光纤内包层折射宰相同的材料加工而成的具有特殊角度的梯形棱柱,其中一个表面镀以特定角度的高反射率光学薄膜,通过梯形微棱镜该镀膜表面的反射,将抽运光耦合到内包层中.详细阐述了微棱镜反射式耦合技术的基本原理和具体使用方法,理论计算所得耦合效率超过90%.通过计算对激光二极管抽运源的线宽、发散角以及梯形微棱镜的具体参数进行了分析,并对该技术的适用范围,包括激光二极管、尾纤输出的激光二极管、激光二极管阵列、各种形状内包层结构等做了进一步讨论.     

双包层掺铒光纤激光器的数值模拟与实验

对双包层掺铒光纤激光器进行理论上的数值模拟和实验研究.根据数值模拟计算,选择2.5m双包层掺铒光纤,利用包层抽运技术,采用大功率半导体激光器作为抽运源,在入纤抽运功率为4.5W时,获得功率670mW的1.56μm激光输出.     

双包层光纤激光器的抽运技术研究新进展

抽运方法是影响双包层光纤激光器输出功率的关键因素。综述了国内外现有双包层光纤激光器所用的几种抽运方式．特别是对各种侧面抽运技术作了详细的介绍。选择合适抽运方式对提高双包层光纤激光器的性能具有重要的意义。     

激光二极管线列阵与多模光纤列阵的光纤耦合

利用一段数值孔径(NA)较小的多模光纤作为一个低成本的微透镜,对激光二极管线列阵的大数值孔径方向准直,将激光二极管线列阵的输出光束耦合到多模光纤列阵中.激光二极管线列阵每个发光单元的光分别耦合到光纤列阵的单根光纤中.总的耦合效率和输出光功率分别为75%和15W.     

激光快速成型系统新型能量源的研究

快速成型机的小型化、低成本化是当今快速成型机技术的主要发展方向。现有激光快速成型系统使用的激光光源大都是气体激光器。针对现有激光快速成形系统使用气体激光器存在的缺点,研究使用半导体激光器或光纤激光器的新型能量源来代替气体激光器。提出了使用高功率半导体激光器线阵和高功率光纤激光器线阵两种方案,并比较了利用此两种方案作为激光快速成型系统能量源的优缺点。     

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％。     

激光二极管线列阵与多模光纤列阵的光纤耦合

利用一段数值孔径(NA)较小的多模光纤作为一个低成本的微透镜,对激光二极管线列阵的大数值孔径方向准直,将激光二极管线列阵的输出光束耦合到多模光纤列阵中.激光二极管线列阵每个发光单元的光分别耦合到光纤列阵的单根光纤中.总的耦合效率和输出光功率分别为75%和15W.     

Development,characterisation and 1000 Suns outdoor tests of GaAs monolithic interconnected module (MIM) receivers

Monolithic interconnected modules (MIMs) are large area, high voltage PV devices which perform well at very high light intensities. They are therefore well suited for the assembly of dense array receivers. The latter can be employed in solar concentrator systems such as parabolic dishes at a concentration ratio of 1000 Suns or more. This paper reports on progress in the development and testing of GaAs MIMs and of water‐cooled dense array receivers assembled from MIMs. The MIMs are electrically protected by integrated bypass diodes and, under indoor laboratory tests, reach an efficiency of 20·0% at 1000 Suns and 22·9% at 200 Suns. Several dense array receivers have been assembled, one of which was tested outdoors at 1‐Sun and at concentration ratios of several hundred Suns and up to slightly above 1000 Suns using the PETAL solar dish facility in Sede Boqer, Israel. In addition to I–V curve measurements, the high‐concentration tests included measurements that quantified the light intensity distribution over the dense array. Deformations in some of the I–V plots were observed for intensity distributions that departed substantially from perfect uniformity. The shapes of these plots were successfully reproduced by an electronic network simulation of the inhomogeneously illuminated receiver. 1‐Sun I–V curve measurements and visual inspections performed before and after exposure of the module to concentrated sunlight revealed no indications of degradation. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

半导体激光列阵的高功率高亮度光纤耦合技术

设计了一种可同时实现高功率和高亮度激光输出的简单有效的光纤耦合技术.首先借助光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换,从而有效提高半导体激光列阵输出光束的对称性;然后通过微透镜将光纤列阵输出的圆对称光束耦合进入一根较细的光纤,以进一步压缩光斑直径并提高光束亮度.基于几何光学的理论分析表明;在合适的参数条件下,直径为1.3 mm的光纤列阵输出光束与直径为0.4 mm的单根光纤的耦合效率可达90%以上,即在功率损耗低于10%情况下,激光束的亮度提高了近9倍.     

2×2全光纤激光器阵列部分相干合成的实验研究

对22全光纤激光器阵列的部分相干合成进行了实验研究。将四台全光纤激光器阵列分为两组,组内两光纤激光器通过一个对激光波长具有一定反射率的光纤光栅实现腔模互注入相位锁定,而两组激光阵列元之间非相干。四束激光经一个四面直角棱镜反射后尽量接近并实现对称排布。获得两组清晰的干涉条纹, 条纹最大可见度分别约为43 %和38 %。整个激光器阵列在泵浦光总功率为1 624 W时获得925 W高功率部分相干输出。在合成光束占空比为0.54时, 合成光束的光束质量BQ值约为1.95。激光器阵列由全光纤元件组成, 系统结构紧凑, 在长时间的高功率合成实验中, 性能稳定, 没有观察到光热损伤现象。     

基于可调谐激光器的复用传感系统的研究

为了克服复用传感系统中光源带宽及功率的制约,有效地扩大多点检测的范围,采用波分和时分复用传感技术,设计了可调谐光纤激光器作为传感系统的光源.基于耦合模方程的理论,对匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方法进行了理论分析和实验研究.实验中采用可调谐光纤激光器对由4个光栅组成的两个光栅串成功地进行了波分和时分复用传感,实验获得的应变分辨率为2.9με/step.该传感系统具有经济实用性、信噪比高、可复用数目大等特点,对于多点检测的传感网络具有较大的实用价值.     

一种新型的高功率双波长自相似抛物线脉冲激光器

基于正色散单模光纤、掺Yb3+增益光纤和多模光纤光栅,提出了一种可调高功率双波长自相似抛物线脉冲激光器。采用非线性薛定谔方程描述双波长自相似抛物线脉冲的传输和演化过程,并利用分步傅里叶方法进行数值模拟。输入脉冲在正色散单模光纤与掺镱增益光纤中产生自相似抛物线脉冲,多模光纤布拉格光栅对激光器进行双波长选择,通过调节偏振控制器实现双波长稳定运行。数值模拟分析结果表明该激光器的运行是可行且有效的。