部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究,利用自制的5条激光二极管阵列堆LD Stack,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构成功得到1.064μm偏振连续激光输出,斜效率可达44%。输出激光功率3.5W时,测得非稳腔和稳腔两个方向的M2因子为1.28和1.73;在输出激光功率为38W时,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高功率高光束质量的激光输出,输入－输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器的仍然有很大的提升余地。     

基于双轴锥镜的环形激光束整形

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量,提高发射光学系统口径的利用率,采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法,通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上,设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置,针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验,取得了与理论分析一致的数据。结果表明,采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量,光束束腰直径由45mm减小为32mm,光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。     

超高斯平顶分布光束空间整形技术研究

高能激光器为了获得高光束质量的方形超高斯平顶分布的激光输出,需要对注入的高斯激光脉冲的几何轮廓和强度分布进行空间整形。数字微镜器件(DMD,digital moero-mirror device)是一种性能优异的、基于数字调制的空间整形器件,具备对比度高、分辨率高和抗干扰能力强等优点,非常适合高能激光器高电磁干扰的工作环境。基于DMD,研究了光束空间整形的算法和实验研究。通过二次整形,光束近场调制度(光强的最大值比平均值)由一次整形后的1.85∶1下降到1.33∶1,改善了28.1%,能量损耗为35.7%;并且,二次整形后的光束具有极强的稳定性,在写入整形光阑不变的情况下,输出光束近场调制度的分散度仅为1.77%,降低了环境的变化、"噪声"的随机分布对光束强度分布的影响。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

为了获得大功率高光束质量的激光输出,利用自制的5bar激光二极管阵列堆作为抽运源,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构,对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究。在最高抽运功率134W时,得到了38W的连续激光输出,斜效率44%,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高光束质量的激光输出,输入-输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器仍有提升潜力,本结果有助于进一步提升该激光器的性能,实现更高功率的高光束质量激光输出。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

部分端面抽运的Nd∶YVO_4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管(LD)列阵堆和波导整形抽运耦合系统,将抽运光耦合至Nd∶YVO4板条晶体,平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84 W时,透过率为10%的输出腔镜得到了31 W的激光功率输出,光-光效率37%,斜效率45%,板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量,使用柱面镜混合腔结构,在最大抽运功率为86 W时,得到了19.3 W的1064 nm激光输出,测得的非稳腔和稳腔两个方向的M2因子分别为1.4和1.7。     

GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器垂直于结方向上的光束质量研究

用转移矩阵方法对 680nmGaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的波导模式作了分析和计算。根据非傍轴光束传输的矢量矩理论 ,对该激光器垂直于结平面方向上的光束质量因子M2 ⊥ 进行了理论计算 ,结果表明M2 ⊥ 小于 1,和实验结果相符合。这一结果有助于认识半导体激光器垂直于结方向上光束的内在本性     

双平行平面反射镜在激光二极管阵列光束整形中的应用

为了实现激光二极管阵列(LDA)的高亮度光纤耦合输出,设计了一套简单有效的光束整形系统.首先采用快慢轴准直透镜压缩LDA的发散角,然后采用双平行平面反射镜光束整形装置,将压缩后的LDA慢轴方向的光束分为4束(也可以根据需要分为任意多束),并将4束子光束在快轴方向重新排列,最后通过聚焦系统,将整形后的光束耦合进入芯径600 μm,数值孔径0.37的光纤.实验测得双平行平面反射镜整形装置的效率为98.87%,系统的整体效率为77.2%.该整形系统设计简单,效牢高,具有很高的应用价值.     

3kW射频板条CO2激光器功率稳定性的研究

为了解决3kW射频板条CO₂激光器在高功率工作条件下功率波动的问题,采用外光路转折镜调节方法对腔镜热畸变造成的光路偏移进行补偿。研究了基于芯片TMS320LF2407的脉宽调制器控制激光器注入功率的关键技术,设计了整形光路尾镜取样功率检测系统,并分析了外光路自适应调节系统的补偿原理。结果表明,整形光路尾镜取样功率检测系统与基准功率计的最大误差为±2.59%,其具有高线性度;采用PA 100/T 14型压电陶瓷微位移驱动器,对微动距离不超过54μm的自适应调节转折镜进行调节补偿,光束偏移不会超出空间滤波器的0.8mm狭缝宽度;调节补偿前后输出功率波动由18%降到2%,达到了由于腔镜热变形导致光束偏移的补偿要求,整形光束的旁瓣消失,获得最佳模式输出。此项研究对提高激光器输出功率稳定性具有一定的实用价值。     

千瓦级3倍衍射极限的高功率热容激光器

开展了热容激光器光束质量控制研究,进行了耦合系统的优化设计,采用了透镜压缩结合波导匀化的设计思想,使抽运均匀性提高到90%的水平;进一步建立了有源非稳腔的理论分析模型,针对热容激光器的抽运条件开展了非稳腔的优化设计,实验结果表明实现了2.7倍衍射极限的千瓦级热容激光输出.     

一种改善激光器输出光束质量的新型谐振腔

由于横向抽运的DPSSL输出光束在两个垂直方向上有不同的发散角 ,把一对平行放置的柱透镜置于谐振腔内 ,形成一种可以改善激光器输出光束质量的新型谐振腔。利用 ABCD传输矩阵理论及等效G参数法计算了稳腔范围。从实验上测得横向上光束质量为M2x =1 2 31,而对于简单的平凹腔M2x =2 6 72 ,大大改善了DPSSL在横向上的光束质量因子     

半导体激光器阵列的“Smile”效应对光束质量的影响

建立"Smile"效应条件下半导体激光阵列近、远场模型,将光纤近场扫描法与高斯光束传输理论相结合,从理论和实验上证明了"Smile"效应值的大小与分布形态共同决定半导体激光器阵列快轴方向实际输出光束质量,获得了不同"Smile"效应条件下半导体激光阵列快轴方向光束参数积Kf值。     

非球面伽利略扩束系统实现激光束空间整形

为实现高功率TEA CO2激光束空间整形,需要设计一套非球面伽利略型整形扩束系统,将束腰8mm的基模高斯光束整形扩束到直径25mm.根据基于几何光学原理导出的系统理论模型,采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据,非线性最小二乘法拟合数据,获得两个非球面矢高解析式.为验证所设计镜头的光束空间整形效果,用光学软件ZEMAX对束腰8mm的基模高斯光束进行了整形仿真,光线光路追迹结果与理论设计吻合.仿真整形结果表明,可以获得直径25mm的平顶光束,出射波面面形峰谷值误差25个波长,输出基本为平行光.这为进一步工程应用作了必要准备.     

二维光束整形系统设计与仿真

针对高功率板条激光波前矫正的需要,基于ZEMAX软件对二维光束扩束整形系统进行设计和仿真。系统将初始尺寸为2.5 mm×28 mm,发散角为7 mrad×2 mrad矩形光束扩束整形为尺寸为40 mm×40.2 mm,发散角为0.54 mrad×1.3 mrad的方形光束。光束整形方向输出光学传递函数接近衍射极限,光束整形方向视场10 mrad时,两方向引入波像差之和为0.0186 λ,P-V值小于0.1 λ。     

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。     

双侧对称抽运横流液体激光器的光束质量分析

为了提高横流液体激光器的光束质量,采用ANAYS软件分析了双侧抽运液体激光器的液体介质的温度分布,对不同流速条件下的非稳腔光场分布和光束质量M~2因子进行了数值计算。结果表明,存在一个使光束质量M~2因子较优的液体流速,并针对该类激光系统中增益和折射率梯度分布都关于抽运方向对称分布的特点,采用柱透镜补偿波前畸变效应,将光束质量因子由24降低到12.5,说明柱透镜补偿位相畸变能有效地提高液体输出光束质量。     

腔镜面型对射频板条CO_2激光器输出模式的影响

采用非稳腔结构的激光器,当系统的菲涅耳数较大时,球面腔镜尺寸随之增大,尽管可以获得高输出功率,但由于不满足傍轴条件,球面腔镜的球差对输出模式的影响变大。采用Fox-Li迭代算法,分析了腔镜类型不同时谐振腔有效菲涅耳数为675的2 k W射频板条CO_2激光器的输出模式,并进行了实验研究。结果表明,当腔镜采用双球面镜时球差的影响显著,输出光束近似为球面波,输出平面上光束质量因子M!2=14.48,光束质量差,聚焦后光束偏离光轴,难以实现高功率、高光束质量的激光输出;当腔镜均采用抛物面镜时球差的影响得以消除,输出光束近似为平面波,此时输出平面上光束质量得到改善,M!2=3.96,实验结果与数值模拟结果一致。     

部分端面抽运的Nd:YVO4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管（LD）列阵堆和波导整形抽运耦合系统，将抽运光耦合至Nd：YVO4板条晶体，平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84W时，透过率为10％的输出腔镜得到了31W的激光功率输出，光一光效率37％，斜效率45％，板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量，使用柱面镜混合腔结构，在最大抽运功率为86W时，得到了19．3W的1064nm激光输出，测得的非稳腔和稳腔两个方向的M^2因子分别为1.4和1．7。     

新型激光二极管列阵光束整形方法

设计并制作了一套简单有效的光束整形系统,用以改善激光二极管列阵器件(LDA)的光束质量,减小快慢轴光束质量积的差别,实现高亮度光纤耦合输出。首先采用快慢轴准直透镜压缩LDA的发散角,然后采用双面分区镀膜的单片平面镜,通过反射和折射将压缩后的LDA慢轴方向的光束分为7束,并将7束子光束在快轴方向重新排列,实验测得整形装置的效率为95.2%。该整形系统设计简单,效率高,具有很高的应用价值。     

利用伽利略扩束系统实现激光束空间整形

为实现高功率激光束空间整形,需要设计一套伽利略型整形扩束系统,根据P.W.Rhodes等人基于几何光学原理导出的系统理论模型,采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据,非线性最小二乘法拟合数据,获得两个非球面矢高解析式,并用光学软件对束腰8mm的入射基模高斯光束进行了空间整形仿真模拟,结果表明可以获得直径25mm的平顶光束输出。利用该镜头对不同束腰高斯光束进行整形仿真,结果表明当束腰大于8mm时,光束整形效果尚可;但当束腰小于8mm时,整形效果随束腰减小而变差。