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。     

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。     

基于微透镜阵外腔的光纤激光谱组束耦合效率分析

为了克服光纤激光外腔谱组束系统中增益带宽和透镜像差对组束阵元数量的限制,在系统中加入了微透镜阵。根据光束变换理论,建立了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束系统的外腔耦合效率分析模型。通过数值模拟,对各种相关参数对耦合效率的影响进行了仿真分析。结果表明:微透镜阵的加入极大提高了阵元的耦合效率和系统的组束潜力;为了获得尽可能高的耦合效率,需要对离焦量进行合理配置并设计具有较长焦距的微透镜;横向对准误差是影响耦合效率的主要因素,对于宽度为10 mm的组束光纤阵列,为保证60%以上的耦合效率,在θy≤2 mrad的同时需将横向位置偏移量δy限制在10μm以内。     

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。     

光纤激光的频谱组束技术

频谱组束具有结构简单、便于控制等特点,是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段.介绍了利用光栅、变换透镜等元件进行光纤激光频谱组束的基本结构和原理.综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,包括MOPA结构的频谱组束、三光栅结构的频谱组束和基于PTR布拉格光栅的频谱组束;比较分析了各种组束方法的优缺点.分析了当前频谱组束技术要解决的关键问题并展望了其发展前景.     

光纤激光器相干组束技术

综述了目前国内外光纤激光器相干组束的研究现状,分析了几种典型的相干组束技术,对相干组束研究的前景做了简单评述和展望。     

光纤激光频谱组束技术的研究进展

光纤激光频谱组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,介绍了光栅外腔频谱组束、MOPA结构频谱组束、PTR布拉格光栅频谱组束以及二维阵列的相干和谱组束等方案的基本原理和研究现状,比较分析了各种组束方案的优缺点,最后对频谱组束发展中存在的问题进行了探讨。     

光纤激光器及其相干组束

简述了光纤激光器的发展历史,重点介绍了双包层光纤激光器的进展并给出了高功率双包层光纤激光器的最新研究结果。评述了目前国内外高亮度激光的关键技术：光纤激光器的相干组束。介绍了几种典型的相干组束技术并分析了其工作原理。最后给出了相干组束研究的最新结果。     

阵列光纤光栅频谱合束技术研究

文章提出一种新型的基于阵列光纤光栅(AFG)的频谱合束结构,该结构的优点是输出光斑具有较好的单模特性,且系统的可靠性和可扩展性较强.应用高斯模场近似的方法,对这种结构的性能做了仿真分析,仿真结果表明,这种结构的衍射效率高,输出光斑尺寸小,单模特性好.     

大功率光纤激光器相干组束的研究

随着光纤激光器的激光输出功率及光束质量的不断提高,大功率光纤激光器的应用领域不断拓展.组束技术是提高光纤激光器输出功率的有效方法.分析了非相干组束和相干组束的理论,并进行数值仿真.综述相干组束技术的最新发展,对光纤激光器相干组束的研究具有参考价值.     

光纤激光器光束的叠加技术

建立高功率、高亮度激光系统的一个重要方法是使用激光阵列,一方面要增大单个阵元的输出功率,另一方面要对阵列进行精确的控制,使各激光光束能有效地叠加.详细讨论了光纤激光光束叠加的主要技术途径,其中包括相干叠加和非相干叠加技术,并对有关技术问题进行分析.     

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。     

光纤激光阵列相干组束中位相检测方法的研究

针对光纤激光阵列相干组束中各路光束位相的检测,提出了一种基于快速傅里叶变换的位相检测方法.该方法不需对参考光进行频移,利用各路光束与参考光束间位相变化引起的条纹图移动实现位相检测.同时,为了减小傅里叶变换过程中由于能量泄漏引入的检相误差,提出了条纹图整周期裁剪的方法,用于克服能量泄漏的影响,可有效提高傅里叶变换法的检相精度.文中详述了位相检测的基本原理,分析了能量泄漏对傅里叶变换的影响,数值计算结果表明该方法的检相误差优于光波长的1/1000,从而为光纤激光阵列的高精度位相调节奠定了基础.     

Facet Reflection Coefficient of Phase—locked Diode Laser Array in an External Cavity

A diode laser array(DLA) positioned in an external cavity can receive the radiations emitted from its neighboring elements (C1)and that of itself(S) after being reflected at the DLA facet as well as from the external mirror(C0).Considering the fact that |C0/S| should be larger than uniity if the external cavity is effective,and |C1/S| should be larger than unity if the phase locking may be established in the external cavity.The requirements on the reflection at the facet of diode laser array have been specified in terms of the cavity length and reflection coefficient of the external mirror.     

对非相干光纤激光组束耦合效率的仿真研究

为了提高非相干光纤激光组束系统的耦合效率,需要分析影响耦合效率的各参数.理论分析及仿真研究结果表明,较小的高斯模场纵向偏移、离焦度和透镜焦距,较大的光栅周期对提高耦合效率是有利的,并且还存在最佳的光斑半径.在优化的系统参数基础上,系统的平均耦合效率可以达到58.1%.     

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.     

外腔半导体激光器的空间模式特性分析

通过对宽发光截面半导体激光器(BAL)输出激光空间特性和远场分布的理论分析,并根据激光振荡的自再现原理,导出了反馈注入外腔宽发光截面半导体激光器输出激光的光场分布。计算表明外腔的反馈作用可以看作是频谱面上引入了一个带通滤波器,通过选择特定模式的频谱分量进行反馈注入,从而实现选模和改善输出激光光束质量的目的。完成了相应的外腔反馈注入宽发光截面半导体激光器的实验,获得了单瓣近衍射极限的激光输出,在工作电流为1.18倍阈值电流时,获得远场发散角为0.074°的输出激光,计算得相应的光束衍射倍率因子M2为1.16,和理论计算的结果基本吻合。     

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.