基于多波长合束技术的光纤耦合模块设计

高功率激光器是一个发展趋势,而单独芯片半导体激光器很难实现大功率输出。基于合束技术中的波长合束原理,应用ZEMAX软件设计出大功率光纤耦合模块。多波长合束技术能够有效提高激光功率,同时不影响光束质量。应用24支输出功率12W,波长分别为915nm、940nm、976nm的半导体激光器,耦合进芯径100μm/0.22的光纤中。输出功率达到284.5W,耦合效率达到98.7%,亮度达到115.3MW/cm~2-str。通过Solid Works软件和ANSYS软件优化分析耦合模块热沉结构,得到有效散热的新热沉模型,优化后模块最高结温下降1℃左右。     

高功率掺镱光纤超荧光源的研究进展

高功率掺镱光纤超荧光源是一种兼具荧光及激光特性的高亮度光纤光源,近年来发展十分迅速.其输出波长和光谱线宽可以在1μm波段灵活调制,连续输出的平均功率和脉冲输出的峰值功率均可达到kW量级,光束质量不逊于常规高功率激光器,在激光材料加工、高功率光谱合束等领域有着巨大的应用潜力.主要综述了高功率掺镱光纤超荧光源的发展历史、最新研究进展,最后介绍了本课题组在高功率掺镱光纤超荧光源所做的研究工作.     

基于Mini-bar的千瓦级大功率激光器光纤耦合

高功率激光器是一个发展趋势,由于半导体激光器的自身限制,使用光纤耦合的方法来提高光束的质量,对半导体激光器尤其是大功率半导体激光器的光纤耦合研究具有非常重要的应用价值。故对半导体激光器阵列的千瓦级光纤耦合模块进行了研究分析,基于Mini-bar的半导体激光光纤耦合模块进行仿真模拟,采用36只输出功率为80W的Mini-bar半导体激光器组成两列空间叠阵作为耦合光源,通过准直、合束、聚焦等方法高效耦合进入数值孔径0.22、芯径300mm的光纤中,系统最终输出功率达到2849.3W,光纤耦合效率大于98%。     

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。     

高功率单管半导体激光器光纤耦合技术

高功率半导体激光技术的快速发展使得单元器件性能实现了重大突破,但在光束质量上仍存在较大的缺陷,难以同时得到较高的输出功率和亮度。探索将激光器快慢轴分别准直后直接耦合进入光纤,既可以避免使用到复杂光学系统又可以获得较高的输出功率。实验选取四只工作电流为2A,输出功率分别为1.636W、1.662W、1.659W、1.643W的980nm的单管半导体激光器作为光源,通过空间合束技术耦合进芯径200μm、数值孔径0.22的光纤中,输出功率3.41W,光纤耦合效率为51.7%。     

脊锥比对锥形半导体激光器输出特性的影响

锥形半导体激光器是一种兼顾高功率高光束质量的光电子器件,但在高功率工作时易受非线性效应（如自聚焦和光丝）影响导致光束质量恶化。基于广角有限差分光束传播法（WA-FD-BPM）对总腔长为2 500μm锥形半导体激光器进行模拟研究,分析了脊形区与锥形区长度比例对其输出特性的影响。结果表明,脊形区的滤波效应是影响锥形半导体激光器光束质量的重要因素,可通过合理优化脊锥比实现输出性能的提升。当脊锥比为2∶3时输出性能最佳。研究结果可为后续锥形半导体激光器的设计提供参考。     

高亮度小芯径半导体激光器光纤耦合设计

为了获得高亮度的半导体激光器,采取6只单管半导体激光器芯片进行等光程排列,波长为940nm,芯片腔长3.5mm,发光区尺寸1μm×30μm,快轴发散角30°,慢轴发散角10°,功率为6W。设计光学系统,使合束光束BPP_(laser)BPP_(fiber),满足与小芯径50/125μm多模光纤进行高亮度、高效率耦合的要求。光纤输出亮度达到44.3MW/(cm~2·sr)。     

窄线宽可调谐外腔半导体激光器的研究

报道了窄线宽、可调谐外腔半导体激光器的一些研究成果．利用闪耀光栅作反馈元件,对市售的半导体激光器形成弱耦合外腔,改善了半导体激光器的性能,实现了光谱特性较好的窄线宽单模激光输出,其边模抑制比大于３０ｄＢ,线宽小于０．０６ｎｍ．最大输出功率为３５．４ｍＷ,总的光一光转换效率为４６％．通过调整光栅转角,得到１１．６６ｎｍ的波长调谐范围．     

Nd:YAG调Q脉冲激光器微孔实验研究

为了输出高功率、高光束质量的脉冲激光以及制备高质量微孔,对平凸非稳腔结构进行了理论分析,给出了腔参数变化曲线.设计出了高功率、高光束质量的平凸非稳腔灯泵浦脉冲Nd:YAG调Q激光器.激光脉冲能量为500 m J,峰值功率达到5 MW,光束参数积优于4.2 mm.m rad.分别在0.04~0.07 mm厚度金属碳钢及1mm厚度非金属陶瓷上进行了微孔打孔实验,得到了百微米微孔.     

前端面反射率对外腔半导体激光器输出谱的影响

采用射线法,计及增益随波长的变化,导出了光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)输出谱的表达式.利用该表达式采用数值模拟理论研究了前端面反射率对光纤光栅外腔半导体激光器输出谱的影响.结果表明前端面反射率越小,外腔模越明显,边模抑制比相应的也越大.     

激光器的光束特性在材料加工中的作用

激光器的光束质量、功率、光的波长以及偏振状态是影响激光加工的几个主要参数。本文论述了材料加工对激光光束质量的要求以及光束质量的评定标准，分析了光束质量、直径与波长对光的传输、聚焦与加工性能的影响，归纳了不同功率密度时激光能量的吸收机制以及波长的影响，讨论了激光的偏振及其应用。     

High power linearly polarized fiber laser:Generation,manipulation and application

Linearly-polarized(LP) fiber lasers, which could find wide potential applications such as coherent detection, coherent/spectral beam combining, nonlinear frequency conversion, have been a research focus in recent years. In this paper, we will present a general review on the achievements of various kinds of high power LP fiber laser and its applications for the first time. The recent progress in high power LP fiber oscillator, including fiber oscillator based on active fiber, Raman fiber laser and Random distributed feedback fiber laser are summarized. Power scaling of LP fiber laser by using active-fiber based power amplifier, passive-fiber based Raman amplifier, and active/passive fiber based hybrid fiber amplifier has been achieved. Polarization-maintained active fiber based power amplifier and non-polarization-maintained active fiber based power amplifier incorporating active polarization control are specially introduced in detail. High power LP fiber laser with diversified property, such as narrow-linewidth, wavelength-tunable and ultrashort pulse operation, are summarized. Various kinds application of high power LP fiber laser, including beam combining,supercontinumm generation, mid-infrared lasing, structured light field and ultrasonic generation, are presented at the end of this paper.     

激光二极管叠层阵列的光束特性研究

本文对激光二极管叠层阵列的光束特性进行了研究．基于二阶矩定义,对激光二极管叠层阵列光束的光束质量(M^2因子)、束腰宽度、远场发散角和内禀像散不变量等光束特征参数作了理论推导和分析．     

高功率高光束质量锥形半导体激光器

锥形半导体激光器具有不同于普通条形半导体激光器的优异性能。采用脊形波导和锥形功率放大器,并首次采用双八字形隔离槽抑制脊形区和锥形区周围的光反馈,且优化设计了外延片波导结构,实现了激光器高亮度、高光束质量的光输出。锥形激光器在输入电流为7A时输出功率达到3.5W,光束质量M2维持在2.5左右,出射光束垂直发散角为40°,水平发散角为3.9°。基于器件发散角比较小的优点,利于在后期光纤耦合时具有比较高的耦合效率。     

大功率工业激光的功率密度分布及其应用

由于激光功率、光束的模结构与聚焦光斑形态等参数,对加工质量起着决定性作用,通过对工业加工用大功率激光束,特别是聚焦焦点的横截面功率密度分布的测量,可以了解不同激光器加工能力的差异,为激光加工质量的提高提供最基本的数据. 采用大功率激光光束光斑质量诊断仪(LQD-1),对几种工业加工用典型大功率激光的功率密度分布进行了测量,所测激光束的模式主要有准基模、混合模、多模,根据测量结果给出了其应用范围.     

LD侧泵浦固体激光器的热效应分析和模拟研究

针对大功率二极管阵列侧泵浦固体激光器产生的热效应进行了分析;同时根据所建立的理论模型,利用计算机模拟了不同泵浦强度、不同泵浦结构和不同边界冷却条件下,固体工作物质内热透镜焦距的变化和热致退偏强度的分布,并在此基础上提出了补偿热效应的具体措施     

976nm 10W半导体激光器封装与耦合

光纤激光器在国外已经被广泛接受和使用,对相应的泵浦源976nm高功率半导体激光器光纤耦合模块提出了高可靠性的迫切要求。焊接质量直接影响着大功率半导体激光器的可靠性,焊接效果不好会直接导致激光器迅速退化。本文分析了半导体激光器封装热特性,采用Ansys软件对封装结构热特性进行模拟,通过实验与模拟结果对比分析,优化烧结工艺,获得了比较满意的焊装效果;通过理论分析得到高功率半导体激光器的单管耦合方案,最终得到耦合效率为90%的光纤耦合模块。