微透镜阵在光纤激光外腔谱组束中的应用研究

提出了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束方案,设计了能够对光纤阵列出射光束进行预准直的球面折射微透镜阵列.分析了组束系统的组束潜力,结果表明,所设计的组束系统能够实现12个Er3+/Yb3+共掺光纤激光器阵元的外腔谱组束.利用瑞利-索莫菲衍射积分理论,分析了微透镜对光纤出射光束的准直效果,结果表明,微透镜的实际焦距与设计...     

外腔谱组束耦合效率及光束质量的研究

基于外腔谱组束模型,详细分析了影响外腔谱组束耦合效率和光束质量的因素。结果表明:在存在Y偏移的情况下,耦合效率随光斑半径的增大而增加;在组束阵元数增加的情况下,优化组束阵列的耦合效率明显提高;使用外腔谱组束,为提高耦合效率和光束质量,应尽量选择焦距较长的传输透镜以及光斑半径较大的激光器。     

基于外腔光纤激光器阵列频谱组束的耦合效率

分析了外腔高斯光束频谱组束的机理.针对Bochove推导点特征扩展系数所使用的方法繁琐问题,运用角特征的近似形式,推导了点特征的扩展系数;并基于频谱组束模型,讨论了影响耦合效率的因素.结果表明,外腔最大耦合效率时,激光器阵列应排列成开口背离传输透镜的抛物线形;当阵元的横向位移超过1.5 mm时,抛物线形排列的阵元耦合效率是相同位置直线形排列阵元耦合效率的2倍;使用外腔频谱组束,应尽量选择焦距较长的传输透镜.     

光纤激光的外腔谱组束和大气传输分析

采用Er^3＋/Yb^3＋共掺双包层光纤作为增益介质,实验实现了光纤激光器的调谐和三路光纤激光器的外腔谱组束,获得了光束质量因子Mx^2=1.304,My^2=1.151的组束激光。综合分析了外腔谱组束光纤激光在大气中传输时受到几种主要大气效应因素的影响,结果表明,在中等或弱湍流条件下,谱组束激光在5km的传输距离内,光束半径的变化不大,可以保证激光武器系统具有较好的战术应用效果。若在强湍流条件下运用,必须采用自适应光学补偿消除湍流的影响,才能保证激光武器系统的有效作战距离和传输效率。     

光纤激光外腔频谱组束的实验研究

实验中采用激光二极管作为泵浦源、大模面积Er3+Yb3+共掺双包层光纤作为增益介质,利用傅里叶变换透镜、闪耀光栅和输出耦合镜组成的外腔结构,实现了两路Er3+Yb3+共掺双包层光纤激光器的频谱组束。在单路光纤激光器的最大输出功率为520 mW和545 mW、光栅衍射效率为80%的条件下,获得了690 mW的组束功率,组束效率为65%,同时对组束激光的光束质量进行了评估。测得水平和垂直方向的光束质量因子分别为M2x=1.592,M2y=1.335。     

用于光纤激光器光谱组束的外腔反馈研究

为了解决光纤激光器外腔光谱组束中存在像差以及发光单元反馈不足等问题,采用将组束系统中单个传输透镜准直和聚焦功能分离的方法,搭建了光纤激光外腔反馈系统,实现了激光波长的锁定。结果表明,该系统光光转换效率为91.5%,反馈输出线宽为0.16nm,输出功率为29.7W,组束方向M2=1.241,非组束方向M2=1.171,实验结果同理论分析相符。该外腔反馈方案可以应用于光纤激光器光谱组束。     

半导体增益芯片与微透镜光纤耦合效率研究

光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式,光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大.为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响,寻找最佳微透镜类型,指导器件的设计和装配,分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角,利用ZEMAX软件进行模拟仿真,得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图.结果表明,锥形光纤透镜耦合效果更好,更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器.     

微透镜提高光纤耦合效率

据我国台湾研究人员报道，把单模光纤的耦合端制成微透镜结构可以提高光纤与激光二极管的耦合效率。实验中，耦合端具有非对称椭圆锥微透镜（AECSM）的光纤与激光二极管（纵横比为5）的耦合效率最高达85％。而且他们制作AECSM结构的技术只需一步即可完成，可重复性好。     

用于激光到光纤最佳耦合的二元光学微透镜

采用位相平衡设计法设计了用于激光到光纤最佳耦合的二元光学微透镜，把二元光学微透镜看成是一种沿径向分布的特殊周期性位相结构，并用叠加积分法作了衍射分析，结果表明在不考虑光纤端面反射损耗的情况下，当用多模光纤接收时，设计的二元微透镜能使１００％的入射激光耦合至多模光纤，在光纤中激起的基模比例为９９．６０％；当用单模光纤接收时，设计的二元微透镜能使９９．９５％的入射激光耦合至单模光纤     

基于微透镜阵列光束均匀化的傅里叶分析

为了提高高功率固体激光器泵浦光束的均匀性,分析了成像型和衍射型微透镜阵列匀化光束的基本原理,基于菲涅尔衍射和傅里叶变换公式,推导出了微透镜阵列焦平面上光强分布的解析表达式,比较了两种光束微透镜阵列对光束匀化的效果。同时,研究了成像型微透镜阵列子透镜的相对孔径及微透镜阵列间距对光强分布的影响。结果表明,成像型微透镜阵列具有更好地匀化效果,且子透镜孔径是影响光束均匀性最主要的因素。     

半导体激光器光束谱合成效率的分析

针对半导体激光器的光束谱合成系统结构及其特点,利用Lang-Kobayashi模型建立的速率方程,在稳态情况下,推导出单个子光束经谱合成系统后的效率公式,并进一步讨论了多个光源经谱合成系统后的合成效率及其影响因素。研究结果表明:半导体激光器经谱合成系统的效率与半导体激光器输出端面和外腔输出耦合镜的反射率的相对大小、变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率有关;在实际工程设计中,要尽可能提高变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率,并综合考虑系统效率和光谱稳定性的要求,对半导体激光器输出端面和输出耦合镜的反射率进行优化设计。     

微透镜阵列在DPL中的应用分析

详细讨论了微透镜阵列的设计和制作方法，并对其作为准直器件在DPL中的应用进行了分析。     

一种减少光谱组束光程的方法

介绍了一种减少半导体激光器阵列光谱组束(SBC) 整体光程的方法,即将传统SBC中传输透镜的汇聚和准直 作用分离,分别由两个透镜实现。起汇聚作用的透镜将各个发光单元的光束聚焦到光栅上, 实现各个发光 单元空间上的叠加;起准直作用的透镜在光栅之后将组合后的光束进行准直,使各个发光单 元锁定在不同 的波长上。由于起汇聚作用的透镜不需要再对各个发光单元的光束进行准直,汇聚透镜与巴 条前端面的距 离不再需要严格的等于传输透镜的焦距,二者之间的距离可以很近,因此整体的光程可以近 似地减少1/2, 使利用长焦传输透镜压窄线宽时各发光单元有足够的反馈量,抑制串扰,有利于实现多个巴 条的SBC。 采用标准的半导体激光阵列,实现连续输出激光功率为49.42W,电 光转换效率为42.7%,光谱线宽为8.5nm, 输出光束水平方向光束质量M²_x=1.29(0.4mm×m rad),竖直方向光束质量M²=11.6(3. 6mm×mrad),两个方 向的光束质量都与单个发光单元的光束质量接近。     

基于柱面微透镜阵列的激光匀化系统设计及实验研究

为了获得平顶分布的长度连续可调的线光斑,设计了一种基于柱面微透镜阵列的光束整形系统,该系统采用两个相同的柱面微透镜阵列串联在一起,通过傅里叶透镜的聚焦作用在像平面上形成均匀的线光斑。基于矩阵光学理论,建立了成像光线矩阵,分析了影响光斑长度相关因素;基于傅里叶光学,进一步建立了光场数学模型,通过数值分析方法,模拟了光强分布特性。搭建了实验系统,获得了平顶分布的均匀线光斑,光斑长度在2~34 mm范围内连续可调,这种长度连续可调的线光斑在激光应用领域具有重要的应用价值,可以更好地满足实际生产需求。     

微透镜阵列薄膜定向增强OLED耦合效率的研究

利用微透镜阵列(MLA)薄膜定向增强有机发光器件(OLED)耦合效率,采用光线追迹方法模拟了不同长短轴比的椭圆形MLA对OLED光的定向增强作用。采用数字微反射镜器件(DMD)并行光刻和热回流相结合的方法制作了MLA模版,经过电铸、压印得到MLA薄膜。理论模拟和实验结果表明,利用MLA可以定向提高OLED的出光效率,圆形MLA可提高垂直OLED基底表面方向的亮度42%;椭圆形MLA可实现OLED在长短轴方向上30°的半强度角度差,总的提取效率可提高30%以上。     

圆环阵列多芯双包层激光相干合束的研究

由于受到纤芯面积、非线性效应等因素的限制,单芯光纤激光器的输出功率极限值为千瓦级.欲获得上百千瓦和兆瓦级的输出功率,必须借助合束技术.多芯双包层光纤激光相干合束法以其实验装置简单、自组织相干不需外界调制、泵浦光耦合效率高、纤芯阵列排列灵活等特点成为相干组束技术中一种比较有前途的方案.基于衍射理论推导出多芯双包层光纤激光器的远场相干光光强理论模型,在此基础之上,分析了纤芯数目、相邻纤芯轴间距离、纤芯直径、波长对合束的影响.分析结果表明:通过增加纤芯数目、减小纤芯间距离、在保证单模特性的前提下增大纤芯芯径可以有效提高合束效果.研究结果为优化相干合束方案、研制出高性能的多芯合束双包层光纤提供了参考.     

大功率激光光纤耦合技术研究

简要介绍了大功率激光光纤耦合技术的六个主要的研究方向。包括 :光纤的选择与光纤端面处理、激光光纤耦合条件、聚焦透镜组合的选择、透镜像差的影响、光束与光纤失准引起的耦合效率下降以及透镜的热透镜效应。