大功率固体激光器高效率光纤耦合

光束质量参数对大功率固体激光器光纤耦合系统的设计起着关键作用。大功率固体激光器输出的为多模激光束,引入等效基模光束来计算多模激光束的光束质量是一种有效的方法,并定义包含光斑能量98%的光斑半径为束宽,以此计算多模激光束的光束质量,是准确有效的。结合大功率固体激光器的光纤耦合原理和光束变换理论设计了高效耦合系统,并对系统内透镜的通光孔径及焦距等参量做了数值优化。实验证明,此光纤耦合系统能够进行大功率固体激光高效率耦合,成功地实现了输入功率为2000W时,耦合效率大于94%的激光输出,并给出了光纤耦合的效率曲线及分析。     

绝对式数字光纤传感器

给出了一种不受漂移和强度误差影响的线性或角度数字编码器，其中，该8进制绝对式数码光纤传感器采用8字节编码，使用了8对光纤，每对光纤根据它们所代表0或l进行开—关调制。该传感器引入了输入端的8根单模光纤和接收端对应的8根多模光纤取代透镜。因此，在传感元件中，来自输入端的单核光纤中的光束经编码器后耦合到接收端的多模光纤。结果表明，在编码器中采用循环码编码消除了码道改变所造成输出的粗误差。     

大芯径功率光纤中传输的激光束质量与偏振度研究

研究了在大芯径、多模功率光纤中传输的激光束光束质量和偏振与光纤长度的关系。用芯径为0．6mm的国产石英光纤及芯径为0．4mm和0．6mm的3M光纤做样品，实验结果表明输出光束的光束质量因子M^2值是光纤长度的双曲正切复合函数。线偏振光经光纤后其偏振度随光纤长度的变化呈指数衰减的关系。     

高光束质量3×1光纤功率合束器的研制

在基于光纤功率合束器的高功率合成方案中，合成后激光保持好的光束质量是当前激光领域亟待解决的问题之一。实现了一种高光束质量光纤功率合束器的研制。首先，利用仿真软件建立3×1光纤功率合束器模型，对影响功率合束器光束质量和传输效率的因素进行了仿真，得到了制作合束器最佳参数的理论值；其次，基于光纤包层腐蚀技术，根据仿真结果利用熔融拉锥光纤束技术研制了一种输出光纤为50/400 μm （NA=0.12）的高光束质量3×1光纤功率合束器；最后，利用三台3 kW的光纤激光器对其进行了测试，在总输入功率为8.95 kW的情况下，合束后输出功率为8.62 kW，整体传输效率大于96%，光束质量M2=4.035。     

激光束的实时空间整形方法

在高功率激光系统中,激光光束的传输与放大,需要对输出的激光光束整形,包括对激光束几何形状与光强分布的整形,才能有效地控制光束质量,提升激光系统的输出功率。目前,通常的光束空间整形方法是采用针对特定输入光束(如均匀或高斯光束)的切趾光阑(如锯齿、波纹光阑)或结合空间滤波进行光束空间整形,而实际输入的光束并非是这样的理想型光束,所以上述方法在光束的空间整形中存在一定局限性,因此,研究实时、可调的光束空间整形尤为重要。对此,本文提出了对激光束进行实时、可调控的激光束空间整形的新方法,实时产生与入射光束相关的软边切趾光阑,结合空间滤波,获得所需形状的近"平顶"光强分布的近场光束。数值模拟结果表明新方法可以对实际激光系统的光束实现实时、有效的整形。     

N阶级联拉曼光纤激光器理论模型

考虑拉曼光纤纤芯有效面积随Stokes光波长变化,提出了一种改进的Ⅳ阶级联拉曼光纤激光器理论模型.根据该理论模型,按照拉曼光纤激光器级联阶数N的奇偶性分别推导出了第N阶Stokes光输出功率的解析表达式.通过忽略经输出耦合器反射回拉曼光纤输入端的残余泵浦光功率,计算了5阶级联拉曼光纤激光器的输出特性,并与相关文献上的实验数据进行了比较,结果显示文中的计算结果与实验结果相吻合.文中的理论模型对于设计N阶级联拉曼光纤激光器有一定指导意义.     

激光束与光纤耦合优化取值及应用

运用衍射光学元件技术的进步,分析激光束与光纤的耦合特性。研究和实验光束用光纤传输的优化参数取值及相关因素。讨论光束变换的激光柔性加工PCB中的应用。     

光纤熔锥相向注入二极管激光器

讨论了光纤熔锥耦合外腔法改善二极管激光列阵光束质量的特点。采用多模光纤熔锥方法实现了两个半导体激光器(LD)之间的互注入。单模半导体激光器与光纤之间采用直接耦合的方法,耦合后两光纤输出功率都为5mW。互注入后LD1的波长由656.2nm变为657.2nm,光纤输出功率降为3mW,LD2波长由658.8nm变为658.2nm,光纤输出功率降为2.9mW。光纤熔锥时相向放置,激光束可直接进入对方谐振腔,不需再使用外腔反馈镜。     

光纤激光器凸端面选模理论和实验研究

为了改善光纤激光器的输出光束特性,将光纤端面加工处理成近似凸球面。从实验上研究了光纤端面为凸球面时对光纤激光器输出光束质量和输出功率的影响。在考虑横向空间烧孔效应的速率方程的基础上,建立了光纤激光器端面选模的理论模型,并对凸端面选模方法进行了数值模拟。结果表明,采取凸端面作为光纤激光器的输出端可以提高输出激光的光束质量。     

摆动反射镜实现高功率激光束的平滑化

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束，设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构，由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化，得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型，并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明．采用这种新型的整形方式，CO2激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端，提高了系统的可靠性，简化了结构设计。     

用于光刻的准分子激光束整形及其研究进展

阐述了在光刻应用中准分子激光束整形的原因和整形前后光束能量空间分布结果,并对建立准分子激光束整形的理论模型--高斯-谢尔模型(GSM)的方法进行了介绍.总结和分析了微透镜阵列和衍射相位光栅等光束均质器用于光刻激光束整形的优缺点,包括它们的整形能力、能量损失、干涉效应以及波前和振幅均匀化控制等;同时对主要整形器件的原理、特性和进展情况进行了简要综述.     

用于车辆的扫描型激光雷达系统

用于车辆的扫描型激光雷达系统扫描型激光雷达系统包括激光束源，反射镜和光接收机。该反射镜通过反射来自激光束源的激光束来形成直向光束。驱动反射镜的方法是使垂直于路面的轴线转动以实现横向扫描光束，光接收机接收从目标反射来的光束，反射镜的较上部分和较低部分的...     

CW光纤喇曼振荡器的理论研究

本文从非线性耦合波理论的观点给出了低损耗单模光纤CW(Continuous Wave)喇曼振荡器(激光器)的理论模型。该模型考虑了自发喇曼散射的影响和光纤端面反射所形成的反馈影响。所得解答为正反双向受激喇曼散射(FBSRS)的稳态解析解。利用该模型计算的光纤输出端的正向Stokes光功率和光纤输入端的反向Stokes光功率与已报道的实验值吻合得很好。     

与光纤自校准的微透镜

微透镜的尺寸使激光束能够导入到细如发丝的光纤中或者从光纤中导出来。与制造这种微透镜相比,将透镜对准光纤要相对困难一些。 对准工作要求把透镜精确地对准光纤输出端的中心,并使其光轴呈共线。此外,透镜的f数必须与透镜到光纤端的距离相适应,以便从光纤中出射的光束经过透镜后是准直的。 美国San Diego市加利福尼亚大学的科研人员目前正致力于研究一种不但能使这种透镜对光纤输出端自校准,而且还能与光纤精确共线的透镜制造技术。这种方法不仅简单而且费用低廉,现已能生产出具有衍射极限表面和f数可以     

光纤扫描激光雷达技术

简单介绍了新体制光纤扫描激光雷达的原理及组成,包括两套对称的光纤束,分别用作激光束的发射和接收系统.介绍了该雷达系统光束扫描范围、光束发散角及物镜的有效通光口径等参数的设定,前两者主要由传能光纤的孔径、摆布位置、透镜物镜的焦距等确定,这三者的关系是密切相关、互相制约的.分析了光纤扫描激光雷达关键技术,即如何提高空间自由光与光纤的耦合效率,详细分析了影响激光光纤耦合效率的因素,包括光纤耦合条件、高精度光纤面板加工、激光发射与扫描电机同步控制.指出实现光纤扫描激光雷达的现实性.     

侧向送粉激光熔覆粉末温升模型及实验研究

建立了侧向送粉激光熔覆粉末颗粒温升的数学模型，该模型可以考虑激光束的功率分布。推导了考虑激光束直径大于粉斑直径和小于粉斑直径两种情况下，粉末颗粒在光束辐照下的温升与其在光束下运动时间的关系式。通过算例，给出了在不同激光功率下粉末颗粒的温升随其与激光束相互作用时间的关系曲线以及不同颗粒直径条件下粉末颗粒温度随相互作用时间的关系曲线。采用微距摄影技术对粉末颗粒到达熔池表面的状态进行实验观测，并采用图像分割技术中的迭代阈值选取方法，对所获得的灰度图进行处理从而得到了粉末颗粒到达熔池的温度。计算结果与实验分析获得了相同的结论，从而验证了模型的正确性。     

高功率光纤激光器中反向抽运结构对模式不稳定的抑制

模式不稳定效应会影响高功率激光输出的光束质量,成为高功率光纤激光器定标放大过程中获得近衍射极限光斑的主要限制因素。基于模式耦合理论建立描述模式不稳定现象的半解析模型。理论模型的计算结果表明与正向抽运结构相比,反向抽运和双向抽运结构具有更高的模式不稳定阈值。通过实验对理论结果进行验证,发现反向抽运光纤激光器的模式不稳定阈值至少比正向抽运结构高50%。实验中搭建反向抽运光纤激光器,实现了2kW窄线宽高光束质量激光输出。     

复合YAG激光用于大功率焊接设备

日本高等材料加工研究所Shigeki Fujinaga研究组已用复合YAG激光光束获取焊接厚金属板设备所需的大平均功率。 该组调查了两种复合YAG激光束的方法,两者都用光纤传输。一种方法是在出口端复合,一种则是在入口端。用两束平均功率为2 kW的连续波激光束及一束1.5 kW脉冲激光光束,来决定复合平均功率为5.5 kW光束的焊接性能。 Fujinaga说：“每种复合方法都有其优缺点。在光纤的输出端复合的缺点是：设备过于庞大笨重,焊接机器人无法迅速移动。而在光纤输入端复合阻止了三束光散焦,当你想使两束连续波YAG光束与一束脉冲激光光束复合时,有时需要进行光散焦。” 为确定最佳空间排列,光束的倾斜角为15°(从垂直面向工作平面倾斜的角度)时,热柱与焊接穿透的形式是恒定的。倾斜角增加至30°,会导致分裂式穿透和焊接中横截面熔融面积增加。 但通过组合光学复合,发现虽然没有穿透分裂发生,倾斜角也不能减小至17°以下(从垂直向水平倾斜)。对水平、垂直以及仰焊都做了测定,结果是仰焊具有最大的溶合体积。 组合光学件使YAG激光易于复合,复合光束的穿透创造了独特的不分裂的锁眼,当光束散焦时会有三个点出现。 研究人员发现：当平均输出功率恒定时,当脉冲激光束位于调制光束之上时和当脉冲激光功率与总功率的比值增大时,穿透深度随光束最高功率的增加而增加。 即使可以利用大功率激光振荡器,但用复合激光光束进行材料加工的方法仍有待完善。 (以上由俞晓梅;陈敏,陈建文供稿)     

内通道轴向风速对强激光相位特性的影响

针对内通道传输过程中激光束相位特性的变化,建立了内通道中光场-流场的耦合仿真模型,通过引入湍流相位屏模拟了内通道中湍流扰动对传输光束波前相位的影响。在此基础上,定量计算了不同轴向风速条件下内通道传输光束的波前相位特性,并结合自适应波前校正模型,分析了激光束经内通道传输后的波前校正效果。研究结果表明,随着轴向风速的增大,激光束波前相位中的高频成分呈现出先增大后减小的趋势,经自适应波前校正后的光束质量也呈现出类似趋势,且当轴向风速约为0.65 m/s时畸变波前中的高频成分最多,经波前校正后的光束质量最差。该模型能够为激光控制系统的设计和性能评估提供一定参考。     

基于光参数积的单管半导体激光器光束质量描述与评价

根据单管半导体激光器出射光束特点,分别采用1/e2、环围能量以及二阶矩定义描述光束束宽,在高斯光束近似下采用双曲线拟合法测算得到不同方法定义束宽时的光参数积(BPP),并与芯径为105μm、数值孔径为0.2的光纤所能接受的最大BPP进行比较。对该单管半导体激光器进行光纤耦合,实验中单管半导体激光边模数量随注入电流的增大逐渐增多,光束质量的恶化导致其光纤耦合效率逐渐降低,当注入电流由1 A增大到13 A时,光纤耦合效率由96.5%降为88.8%。研究表明以二阶矩定义束宽半径测算光参数积BPP去描述与评价单管半导体激光器光束质量特征是最为准确合理的。