半导体激光器光束质量评价方法探讨

针对半导体激光器的结构和光束特点,分析了M2因子的概念与半导体激光器激光本质之间的关系,研究了其局限性,探讨了激光光束质量的影响因素,提出利用准直代价作为半导体激光器光束质量评价因子,该因子由激光器的结构参数和光束参数有机组合而成,此值越小光束质量越好,越容易准直.新的评价因子即完善了"光参数积"的普适性,又具有针对性...     

半导体激光器光束质量评价方法探讨

针对半导体激光器的结构和光束特点,分析了M2因子的概念与半导体激光器激光本质之间的关系,研究了其局限性, 探讨了激光光束质量的影响因素,提出利用准直代价作为半导体激光器光束质量评价因子,该因子由激光器的结构参数和光束参数有机组合而成,此值越小光束质量越好,越容易准直。新的评价因子即完善了“光参数积”的普适性,又具有针对性。     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800 μm,在940 nm处最大输出功率为13.56 W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30∶12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7 mm×1.6 mm国产Yb∶YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量。     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb:YAG薄片激光器

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb:YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800μm,在940 nm处最大输出功率为13.56W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30:12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7mm×1.6 mm国产Yb:YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量.     

基于偏振复用技术的激光二极管光纤耦合方法

光纤耦合输出的高功率激光二极管(LD)模块作为光纤激光器的抽运源已经得到了广泛应用。为了进一步提高光纤耦合激光二极管输出功率,提出了利用激光二极管输出光束的线偏振特性,采用偏振复用技术,将两只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦的光纤耦合方法。利用光线追迹法,分析了圆柱透镜对激光二极管发散光束的准直特性,并讨论了柱透镜的安装距离对准直性能的影响。根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜组。采用这种方法将两只输出波长为980 nm的高功率激光二极管输出光束耦合进数值孔径0.22,芯径100μm的多模光纤中,当工作电流为4.5 A时,光纤激光连续输出功率为6.36 W,耦合效率大于78%。     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb∶YAG薄片激光器

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800μm,在940nm处最大输出功率为1356W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30∶12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8at.%,几何尺寸为7mm×16mm国产Yb∶YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了306W的连续激光输出,激光器的斜率效率为331%,测得M2因子在x和y方向分别为154和173,具有良好的光束质量。     

激光二极管光束整形技术

阐述了对LD输出光束进行整形的必要性。在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价。     

提高半导体激光二极管功率密度的光束整形方法

针对半导体激光二极管由束散角大（14~46）导致的激光功率密度在传播过程中不断衰减的问题,提出了一种提高激光功率密度的光束整形方法。首先以X型柱面平凸透镜和Y型柱面平凸透镜对激光二极管输出光束慢轴和快轴方向进行准直,然后通过一对平凸透镜组合进行扩束,进一步提高光束平行度,最后由单片平凸透镜将光束聚焦为高功率密度的光点。采用Light Tools软件仿真光路、优化光学元件参数,对光学元件进行实际选型后安装并调试光束整形系统。测试结果表明:半导体激光二极管输出光束的67%激光能量汇聚于直径1 mm圆内,激光功率密度优于30 W/cm2。     

圆环光束的光束质量评价标准分析

本文从惠更斯－匪涅尔原理出发推导了环光束衍射图样光强分布的普遍适用公式，并对衍射图样二次矩的可积性作了分析，得出二次矩不可积，因而不可能用Ｍ＾２值这种光束的光束质量的结论。     

Alfalight公司计划发展具有“空前“光束质量，输出功率达到50W的激光二极管

由于热效应和材料自身的限制，单一激光二极管的输出功率低于10W。如今，Alfalight公司准备投人数百万美元研发输出功率达50W的单一激光二极管。     

半导体激光器堆栈快轴光束质量计算的研究

以高斯光束传输理论为基础,结合半导体激光器堆栈结构,建立了半导体激光器堆栈快轴方向光束传输理论模型,并引入单个半导体激光器阵列的发散角和指向性因子,对半导体激光器堆栈快轴方向光束质量计算方法进行了修正,最后通过实验对计算结果进行验证。结果显示,相对于实验测量值,该理论模型计算值的误差仅为2.14%,与修正前的计算误差24.16%和18.36%相比,在精度上有了很大程度的提高,因此,该方法可行,能更精确的反应堆栈快轴的光束质量。     

半导体激光器特性对衍射测量影响的理论分析

半导体激光器发出的是一束发散的椭圆形高斯光束，并具有温度依赖性。本文以细丝衍射测量系统为例，讨论半导体激光器上述特性对测量精度的影响，并提出消除这些影响的方法。     

二极管激光光谱合束技术实验研究

为了研究基于光栅-外腔的二极管激光阵列光谱合束,利用存在离轴像差情况下耦合效率模型,数值模拟了系统各参量对耦合效率的影响,可知耦合效率随着离轴距离和横模阶次增加而下降;单个单元将被压窄至0.05nm。应用光栅-外腔实现了单条二极管激光阵列光谱合束,获得了10.1W的连续输出,斜效率为0.45W/A,慢轴方向光束质量因子Mx2=17.6,整个阵列的光谱被展宽到15nm,单个单元的线宽被压窄到0.1nm。结果表明,光谱合束能改善二极管激光阵列的光束质量,压窄单个单元的线宽。     

脉冲半导体激光器光束并合技术研究

为了提高脉冲半导体激光器达到远场的能量密度,提出采用多个脉冲半导体激光器并合的方法来解决。介绍了光束并合的原理,并且就影响光束并合的因素进行了理论分析与推导,然后采用Matlab模拟分析了各个激光器出光时间同步性对光束合成功率密度与脉宽的影响,以及采用Zemax仿真分析了各个激光器间的轴线平行性以及激光器与准直系统间的同轴性对合成光斑质量的影响,最后通过具体的距离选通实验,验证了光束并合是一种有效地图像提高远场能量密度的手段。     

激光二极管线阵光束变换研究

推导出激光二极管线阵光束通过透镜系统的光强分布表达式，分析了出射光束的传输特性，设计一种凹柱透镜的光束变换系统得到一维均匀光强分布。此外，给出扩展角宽度的计算公式。     

半导体激光器特性测试中温度控制技术的研究

温度特性是影响半导体激光器(LD)特性测试准确性的重要因素,对LD温度控制技术的研究有着重要的意义.在分析了LD的温度特性的基础上,提出了一种高稳定温度控制的设计方案,并从几个方面讨论了保证LD高稳定温度控制和保证温度信号检测、传输精度的方法.实验结果表明,在10℃～40℃范围内温度稳定度为±0.01℃,在25℃时稳定度达到士0.005℃,从而为LD的准确测试提供了有效的保证.此系统稍加改动即能广泛应用于各类LD的控温系统.     

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%。