10kW连续输出半导体激光熔覆光源

针对于目前国内半导体激光加工熔覆光源主要依赖于国外进口的局面,研制了连续输出功率达10kW的半导体激光熔覆光源。利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直及聚焦透镜的设计等。实验中采用2只波长为915nm和2只波长为976nm的半导体激光叠阵,通过偏振合束和波长合束技术实现它的合束。由自行设计的聚焦系统进行了聚焦实验,结果显示,当模块工作电流为122A时,光源最大输出功率为10 120 W,电-光转换效率为46%,在工作面的聚焦光斑为2.5mm×18mm,可满足工业中大面积高速激光熔覆和表面热处理的要求。     

半导体激光器阵列光束准直和聚焦系统设计

给出条阵半导体激光器光束消像散准直、聚焦的方法以及折 /衍混合准直微光学阵列系统和聚焦光学系统的设计方法 ,并设计了一准直聚焦光学系统 ,准直精度达 3mrad～ 4mrad,聚焦光斑尺寸小于 2 0 0μm     

基于ZEMAX的激光光束整形技术试验研究

由于半导体激光器的发散角较大且输出的光束光斑是椭圆形,因此需要对其输出的光束进行空间整形,形成一个近似圆形的激光光斑。激光扩束镜就是一种比较简单且非常方便的激光光束整形器件,本文将激光扩束镜作为一个激光整形系统与半导体激光器耦合,形成一个完整的激光光束整形系统。利用ZEMAX光学仿真,并进行室外试验验证,最后对试验结果进行了分析。     

808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源

提出了一种新型光束整形技术,该技术通过平行平板玻璃堆实现光束的分割、平移、重排,从而改善半导体激光的光束质量.该试验采用自主设计的中心波长为808 nm,连续输出功率为60 W/bar,填充因子为30 %,具有19个发光点,每个发光点尺寸为1μm×135μm的20层半导体激光叠阵,通过望远镜系统对慢轴方向进行扩束后用一...     

热透镜效应对激光光束准直的影响

利用高斯光束传播定律,分析了热透镜效应对激光光束准直的影响,对两种不同的腔型做了数值模拟与计算,并计算了经具有不同MT因子的调焦望远镜系统准直后的激光光束的发散角与光斑尺寸。通过计算与分析表明,对于同一高斯光束,用MT因子较大的系统可以获得更好的准直效果,准直后光束的发散角更稳定。     

808nm和980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

为提高半导体激光器输出光功率,可将多个半导体激光器输出光束耦合成一束激光直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体激光源的亮度及光束质量.本文采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出.介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计了耦合器件,并自行设计光学系统对光束进行扩束聚焦.实验将808 nm和980 nm两半导体激光迭阵光束通过上述技术进行合束, 最终实现了更高功率输出,耦合效率达70%,光斑大小为3 mm×3 mm,可满足将半导体激光器直接应用于熔覆、焊接等场合的要求.     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

808nm980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的广泛应用,单个半导体激光迭阵的光功率已经不能满足实际需求,这就要求将多个半导体激光器耦合成一束激光,可直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体光源亮度及光束质量。文章通过采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出,便于满足工业加工需要。介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计耦合器件,并自行设计采用光学系统对光束进行扩束聚焦,通过实验将808nm和980nm两半导体激光迭阵光束通过此技术进行合束, 最终实现更高功率输出,耦合效率70%,光斑大小为3×3mm2,目前国内没有对此项技术进行研究。     

半导体激光器光束的准直设计

利用计算机仿真,设计了相互垂直的椭圆截面柱透镜组来准直半导体激光束。两个椭圆截面柱透镜分别对半导体激光器两个方向的光束进行准直,采用自适应加权和法进行优化计算,结果可达到50μrad量级的发散角,同时也可在远场形成圆形光斑。     

LD光束准直方法研究

半导体激光器(LD)用于成像系统的时,要对光束的发散角进行压缩才可以使用。目前常用的几种LD光束准直设计方法数值计算过程繁琐,设计完成后的加工成本昂贵。当工作条件对光束的准直度要求不高,且只要求目标尺寸与投射光斑大小匹配时,可将LD视为一个理想点光源;当这个点光源在理想凸透镜的前焦点处时,光束经透镜作用后,变换为平行光。点光源由前焦点处向柱透镜移动,光束发散角会增大。Zemax用于调整LD和柱透镜的距离,模拟出目标处光斑大小,最终使光斑大小与目标尺寸匹配。根据仿真结果选取合适的产品,这种设计缩短了设计周期。     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

808nm高亮度半导体激光器光纤耦合器件

针对单个808nm单管半导体激光器输出功率低,采用端面泵浦方式对光纤激光器进行泵浦时受到限制的问题,本文利用空间合束技术制成高亮度半导体激光器光纤耦合模块来提高808nm单管半导体激光器泵浦掺Nd3+双包层光纤激光器的效率。首先,通过微透镜对每个单管半导体激光器进行快慢轴准直;然后,使用反射棱镜对每个激光器发出的光进行空间合束;最后,利用自行设计的扩束系统将合束后的光束进行扩束,聚焦进入光纤,从而极大地提高光纤耦合模块的亮度。实验中将4只连续输出功率为5W的单管半导体激光器发出的光束耦合进芯径为105μm、数值孔径(NA)为0.2的光纤,当工作电流为5.8A时,通过光纤输出的功率为15.22W,耦合效率达到74%,亮度超过1.4MW/cm2.sr。     

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。     

同轴单棱镜整形研究

半导体激光器广泛地应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。介绍一种新的半导体激光整形系统——同轴单棱镜整形系统,详细地叙述了单棱镜的设计原理。与其它整形系统比较,该棱镜具有设计、加工和装调简单等优点,最大的优点还能保证光束同轴。最后以一个θ⊥×θ∥=25°×11°半导体激光器为例子,设计一个2.5×单棱镜同轴整形系统,通过软件模拟计算与实际计算结果比较,结果基本相符,证明了设计方法的正确性。     

三镜直腔结构MgO∶PPLN高效连续光参量振荡器

为了优化MgO:PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性,对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计,对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd:YVO4晶体实现连续的1064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时,获得了最高输出功率3.92 W（信号光2.6 W和闲频光1.32 W）,转化效率31.6%的激光输出,对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1549 nm和3394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时,可有效的压缩基频激光腔在MgO:PPLN晶体上的光斑,提升基频激光的功率密度,而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO:PPLN晶体上更好的匹配,从而提升变频效率。     

激光直写系统焦斑整形的研究

针对激光直写光刻系统设计整形衍射光学元件(DOE),对写入焦斑的整形进行了研究。提出对不同焦距写入物镜下的焦斑,利用同一个DOE加以整形的方法。模拟表明:整形后焦斑的面形和边缘显著改善,衍射效率高于实用指标,提供一种改善系统分辨能力的有效途径。     

基于合光技术的可变焦激光探照灯设计

为增加激光光源的光效,进一步实现远距离照明,可使用基于合光技术的方案,设计一种可变焦激光探照灯。采用多颗蓝光 LD 排成阵列的方法,利用玻璃反光碗的光回收技术,对激光探照灯进行光路设计;同时使用二向色片来控制发散角度,从而实现激光探照灯的可变焦控制。测量激光模组在1 A电流下输出的光通量,经计算,荧光陶瓷片出射的总光通量约为730 lm。此外,对匀光片的散射特性进行改变,可实现对聚焦激光光斑的控制。此研究实现了可变焦激光探照灯的光路设计以及对聚焦激光光斑的控制,并利用二向色片实现了蓝光和黄光混合白光输出。该光学系统的整体光效较高,有较强的实用意义。