平面镜半导体光束整形的设计优化与光纤耦合

本文在光纤耦合理论分析的基础上,采用平面镜反射整形方法对半导体准直光束进行重排,提出了应用于半导体光束整形的整形器结构表达式.针对慢轴发散角较大引起整形次数增加和多次反射易损耗的特点,分析并优化平面镜的结构参数,设计了整形次数为13次的平面整形器,使得半导体激光器快、慢轴方向的光束实现光参数积均衡.通过对整个光学系统的模拟和实验,表明采用该方法能够实现条阵半导体激光耦合进入芯径200μm、数值孔径为0.22的光纤中,耦合效率接近50%.     

高斯光束到光纤的单透镜耦合

分析了基模高斯激光束到单模和多模光纤的单透镜耦合过程中的各种损耗,把多模光纤的光场用高斯分布近似,采用模场耦合理论计算了基模高斯光束到单模和多模光纤的单透镜耦合效率.模拟计算了当激光-光纤耦合系统的工程参数(光束束宽、光纤数值孔径和光纤的纤芯芯径)一定时,单透镜耦合效率与所选用透镜的焦距之间的关系.并利用532mn激光(M2≤1.05)在几种不同焦距的透镜下对纤芯直径为3.μm的单模光纤和25μm的多模光纤进行了耦合效率的测定实验,得到了与理论计算基本吻合的实验结果.     

光纤耦合效率与接收光强计算研究

由于用近似方法计算出的光纤耦合效率和接收光功率与实验测量之间存在差异,有必要探讨更准确的计算方法以满足应用的需要。通过对径向变量的积分,导出了在高斯光强分布下对接收光纤端面进行面积分计算的一元积分式,从而可以快速准确地对光纤的耦合效率和接收光功率进行数值计算。对62.5/125多模光纤的耦合效率和接收光功率进行的数值计算和实验测量说明,光纤的耦合效率只有用准确的数值计算才能给出与实际相符合的计算结果。使用芯径较大的接收光纤测量出射光束的近场光强分布时,光纤接收光强分布较光束的光强分布有较大的展宽,其相对误差甚至可达60%。     

浅析大功率半导体激光器面阵的光纤耦合技术

近年来,半导体激光阵列发展迅猛,但由于输出光束质量差,影响了其直接应用。因此,改善大功率半导体激光器的光束质量成为各国关注的焦点。本文在介绍光纤耦合技术的基础上,对大功率半导体激光器面阵光束整形方案进行了分析和研究。     

光纤出射光强分布研究

对多模光纤出射光束的光强分布用横向位移法进行了理论分析和实验研究,并用数值计算的方法分析实验测量数据.结果表明,高斯光束可以很好地描述光纤出射光强的分布,光纤出射光束光强分布参数主要与光纤芯径和出纤光功率等有关,为强度调制型光纤传感器的优化研制提供了必要的实验依据.     

基于非球面透镜组激光光束整形设计

本文针对激光显示领域激光光束光强均匀分布要求,本研究基于非球面透镜组激光光束进行整形设计。文中通过阐述激光光束光强均匀分布原理,着重论述了出射光束分布选择、线映射函数及球面参数确定3个非球面透镜组设计内容。在此基础上,选择匀化洛伦兹函数为输出光束的光强分布函数,展开实例设计分析,旨在基于该设计方法将入射光束准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束。     

新型激光投影显示照明系统设计

激光投影显示技术是显示技术近年来的发展趋势,本文设计了一种新的针对激光光源的照明系统,它由激光器阵列作为光源、改进的卡塞格林汇聚系统、光纤导光棒、激光散射器及4f中继系统组成。改进的卡塞格林汇聚系统收集激光器阵列发出的光能耦合进光纤,激光在光纤中传输,使光束混合均匀,激光散射器对光束匀光及整形,通过4f中继系统照射在0.61英寸(1英寸=2.54 cm)LCOS芯片上,形成高效均匀的照明光束,光纤可弯曲可合束能实现超高亮度照明。用光学扩展量评价了系统的光能利用率。最后通过软件模拟,验证了方案的可行性。     

基于狭缝整形的低损耗飞秒光纤光栅制备

为了解决飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings, FBG）损耗较高的问题,利用逐面法完成飞秒光纤光栅制备的实验研究。运用高斯光束传播的基本理论,通过狭缝整形技术对聚焦的飞秒激光能量分布进行等高宽整形,突破在光纤横截面内诱导产生圆形折射率调制的难点,最终制备得到低损耗的飞秒光纤光栅。开展不同狭缝宽度制备FBG的光谱特性对比实验,结果表明：利用光斑直径为5.0 mm的飞秒激光光束刻写FBG时,采用宽度为1.7 mm的狭缝制备得到的FBG插入损耗降低至0.15 dB,短波损耗降低至0.5 dB,验证了基于狭缝整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法的有效性。针对狭缝法制备的FBG反射率分散问题,提出控制折射率匹配液填充量以及调整飞秒激光能量的方法,并优化光束聚焦流程,成功降低FBG反射率的分散度。本研究对推动飞秒光纤光栅在大容量、高链路损耗等环境中的实际应用具有重要意义。     

扩束光纤与宽波导光栅的光耦合特性

为了研究光纤与宽波导光栅的有效耦合,基于高斯光束与波导光栅的光耦合理论,以30μm宽波导光栅为研究对象,利用矩阵光学和高斯光束理论分析和设计了一种扩束光纤,并通过分析其耦合损耗,建立了扩束光纤与波导光栅耦合模型.优化所设计扩束光纤的结构参数后,得到束腰半径为10.8μm的输出光束.最后分析了扩束光纤的结构容差,并讨论了所设计扩束光纤的输出光束、单模光纤的输出光束以及束腰半径为16 μm的自由空间高斯光束各自在光栅表面的位置变化对光栅耦合效率的影响.可知扩束光纤输出的光束与单模光纤输出的光束相比具有较大的位置容差,与束腰半径为16 μm的自由空间高斯光束相比,光耦合效率基本相同.     

高能激光束在线测量系统的光取样器研制

针对环形光刀取样式高能激光光强分布测量系统的要求,研制了以圆弧反射面环形光刀架构的光取样器,实现了对激光束的在线取样测量。光取样器的取样光刀外形设计为环形光刀,可对取样光束进行周向扩展,满足半数以上探测器接收取样空间光信号的要求;取样光刀反射面设计为圆弧形,可对取样光束进行切向扩展,使其在增大衰减倍率的同时降低系统对光的难度。通过光取样器具体设计参数的计算,获得了满足探测单元与反射光束耦合孔径角要求的参数设计范围。实验表明,研制的光取样器可有效用于大面积高能激光束的在线测量。     

激光探测告警光学系统设计

为满足激光探测告警光学系统对大视场和光学增益的要求,提出了宽视场有增益光学系统。该系统工作波长范围1.06~1.54μm,全视场角60°,最大口径28mm,PIN光电探测器光敏面直径2mm。物镜采用二片式反远距结构,增大了视场和后工作距离。弯月型负透镜在前,具有平衡像差和棱镜的偏向作用;物镜后放置高折射率标准超半球型浸没透镜,满足小光敏面探测器接收。分析结果表明,系统像高0.99mm,光学增益达15.33,结构简单,可有效降低激光辐射源功率、增强探测距离。     

一种微型转子的激光加工和光致旋转

利用单束强聚焦激光产生的光学力可以驱动微型器件,具有无机械接触和无需导线等优点,为微型机电系统提供了一种新型的驱动方式。在自行研制的飞秒激光微细加工系统中,采用一种新型的丙烯酸酯紫外光固化树脂,通过双光子聚合加工出直径6μm的万字形微转子。利用光镊装置实现了微转子的俘获,并在激光功率50mW时实现了转速为200rpm的光致旋转。微型转子的光致旋转为实现微机械马达提供了一种有效手段。     

Microelectrodes fabrication using laser scissor

Today laser microdissection system or laser scissor is frequently used for isolation of single chromosome, nucleus, cell, tissue etc. Here we fabricated the gold microelectrodes having a gap spacing of less than 3 μm using this system. A 500 Å thickness of gold was coated on standard glass slide. A UV-laser (λ 337 nm) of 4 ns pulse duration having an energy of 22 μJ is sufficient to cold ablate the gold, was used for fabrication of gold electrodes on the above slides. Microstructures up to the resolution limit (0.25 μm) of optical microscope can be fabricated using this cold ablation by laser.     

高灵敏度四探头测速仪

介绍新研制的激光干涉测速仪。新的结构设计使透镜光学系统延迟的干涉仪也能采用四探头记录 ,使推挽 VISAR的速度灵敏度从 10 0 m/ (s· f)提高到 15 .8m/(s·f) ,同时保持了高信噪比。信号可用光纤引入 ,也可用常规光学系统引入。另外 ,还改进了偏振光系统 ,光能利用效率提高一倍     

Gain spectra in cw InGaN/GaN MQW laser diodes

A systematic study on the optical gain of continuous wave InGaN/GaN multiple quantum well laser diode wafers has been achieved by means of the variable excitation-stripe length (VEL) method. It will be demonstrated that mechanisms producing optical gain may vary according to the degree of fluctuation of InGaN composition in the lateral plane.     

光学薄膜的激光诱导损伤与材料带隙的关系

采用多光子吸收电离模型讨论了光学薄膜的激光诱导损伤与其材料带隙的关系,报实际光学薄膜存在大量的非化学计量比化合物缺陷时,损伤阈值的变化,给出了光汪膜的损伤阈民其材料带隙的关系曲线,理论上解释了实际光学薄膜较理想光学薄膜的损伤阈值的主要原因可能是实际光学薄膜中存在大量的非化学计量比化合物缺陷。     

Study of the fabrication of infrared-transparent dielectric aspheric deposits by continuous-wave laser deposition

The fabrication of dielectric aspheric deposits with optical refractive functionality by a continuous-wave laser deposition technique is reported for the particular case of an amorphous As-S alloy. The influence of both the laser power and fabrication times in the deposit thickness profile is studied from the measurements performed by a mechanical profilometer. The use of press-powder tablets as starting material have been found to have a significant effect in the deposition efficiency, and indications of a transition from a discrete to a continuous nature of the target, have also been observed. A notable reproducibility has been found both in the material stoichiometry and thickness profiles. The optical function of the fabricated refractive aspheric deposits has been measured to be similar to one performed by axicon lenses.     

Study of the growth of infrared-transparent non-spheric layer lenses by continuous-wave laser deposition

The fabrication of non-spheric microns-thick layer lenses by continuous-wave laser deposition has been monitored by using an interferometric method. An infrared-transparent amorphous chalcogenide alloy has been used as base material. Results evidence the thermodynamic nature of this laser-assisted deposition process, with two distinct stages occurring in the deposition rates, namely, a first induction stage with thickness increasing at non-constant rate, and a second steady-state stage with thickness increasing at constant rate. The deposition process has been shown to be reproducible and it allows the tailoring of the thickness profile for promising fabrication of non-spheric layer lenses and free-form optics.     

Optical property of Eu in strontium barium niobate optical thin film grown by pulsed laser deposition

Thin films of strontium barium niobate Sr_xBa_1−xNb₂O₆ (SBN) were successfully fabricated on fused quartz substrates using pulsed laser deposition (PLD) technique. The optical and non-linear optical properties were characterized. High-resolution spectroscopic measurements in either time domain or frequency domain were conducted. For undoped SBN thin films, a broad-band emission at UV and extending to the visible was observed by excitation at 355 nm. It is attributed to the exciton luminescence of the SBN host in the film. In degenerate four-wave-mixing (DFWM) measurements, a considerable enhancement of the third order susceptibility χ⁽³⁾ by 2 orders of magnitude, in transverse alignment was obtained. High-resolution spectroscopic measurements in frequency domain were conducted at the temperatures varying from 270 K down to 2.3 K. The very well resolved fine structure of ⁵D₀-⁷F multiplet emission was observed in the annealed sample. The hole-burning experiment shows a hole of width 100 MHz with depth as high as 30% with the laser pumping at 5774 Å. It is suggested that Eu³⁺ ions may substitute Nb, occupying 6-fold sites.     

光纤水听器调制激光光源的一种实现方法

在干涉型光纤水听器的信号检测技术中,采用相位载波零差检测方式,直接调制激光光源,具有明显的优越性。提出了一种实现方法,通过产生高频正弦波,对激光光源(多量子阱分布反馈激光器),进行直接驱动调制。光源调制输出波形精确多样(正弦波、三角波(包括锯齿波)和方波),输出频率大范围(0～20MHz),连续可调。实验表明达到了水听器对光源的要求。此调制技术也可在光纤通信等其它领域得以应用。