柱状楔形微透镜光纤与半导体激光器耦合效率研究

为了提高半导体激光器与光纤耦合的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式宽发射域半导体激光器进行耦合的新技术。采用光线追迹的方法,进行数值模拟。通过对光纤微透镜结构参数进行优化,得到了高达99%的理论耦合效率。同时,还在理论上讨论了耦合时在光线传输方向上的失配容忍度。在实验中,得到了最高为87.06%的耦合效率。     

塑料光纤微透镜耦合平头发光二极管

为了有效耦合平头发光二极管(LED),使用机械方法加工了锥球面塑料光纤(POF)微透镜。平头发光二极管由圆头发光二极管打磨掉聚光帽制得,其出光端面与芯片距离小于0.5mm。锥球面塑料光纤微透镜用数控机床加工制得。采用光线追迹法对耦合模型进行了分析。实验优化了锥球面光纤微透镜的参数、锥角、小球半径、工作距离和单端/双端模式,并理论分析了双端锥球面微透镜耦合的实验结果。当双端锥球面光纤微透镜锥角为140°、小球半径为0.15mm时,可带来20.4%的耦合效率增益。所用加工方法有利于微透镜参数优化,具有较好的加工精度和重现性,可以用于制作塑料光纤微透镜。     

一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法

给出了一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法。在高斯准直光束后加一透镜系统,恰当地调整准直高斯光束到某一种汇聚发散的状态。在这种状态下,可使由平凹腔凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径大小相仿,解决了不加透镜系统时,两反射回来光斑直径相差很大,难于对准的问题,提高两光斑的对准精度。实验使用束腰为0.6 mm的氦氖光,其后加一优化好的透镜系统,在889 mm的距离下,对凹面镜曲率半径为50 mm的平凹腔进行对准。得到由凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径分别为4.8 mm和5.1 mm,平凹腔的角度对准精度达到了3.18'。对准好的腔体在点亮LD后,均能出基模光斑。实验结果与理论分析相符,证明了该对准方法结构简单,执行方便。     

光纤传感测量中耦合系统的设计

根据光纤传感测量中光源的选取原则,将半导体激光器作为光纤传感器的光源并选取单模光纤作为尾纤,基于光学设计软件Zemax纯非序列光学系统,设计了一种半导体激光器与单模光纤的耦合系统。通过分析半导体激光器的光束特性及半导体激光器与单模光纤的耦合模场理论,由一个球透镜和一个准直透镜构成组合透镜耦合方式,达到提高耦合效率和容忍度的目的。设计时在非序列光学系统下进行了百万次光线追迹,仿真得到所设计系统的耦合效率为78%左右,而实验测试结果为69.11%,由此对误差产生的原因进行了分析。     

基于ZEMAX的流式细胞仪光束整形系统研究

光束整形技术是流式细胞仪中的关键技术之一,针对这一难点,提出了一种以弥散圆半径作为优化函数的基于ZEMAX的流式细胞仪光束整形系统研究方法,分析并计算了光束整形系统的相关参数,推导了非球面整形技术成像理论,并针对双柱透镜光束整形系统进行了仿真和优化设计,设计了实物模型,搭建了实验系统,对此设计的可行性进行了验证。结果表明,本方法可在保证激光光斑成形的前提下,简单、快速、全面直观地实现光束整形系统的优化设计,减小了细胞偏移中心线带来的误差,从而提高了光强的利用率和分辨率。     

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。     

一种基于切趾波带片产生局域空心光束的新方法

根据相移切趾器原理设计了七环π相移切趾波带片,准直光束经波带片与透镜聚焦后产生局域空心光束。理论上根据标量衍射理论研究局域空心光束的光场分布,并对其光强分布进行仿真,证明光束的三维"密闭性"。实验中基于空间光调制器与透镜相位得到暗斑最大半径为50.4μm的局域空心光束,且光强为零,其实验结果与理论分析基本吻合。     

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.     

热透镜效应对激光光束聚焦的影响

利用高斯光束传播的ABCD定律,分析了热透镜效应对高斯光束聚焦的影响,对两种腔型做了数值计算和分析,并计算了不同焦距透镜对高斯光束聚焦后的腰斑半径和腰斑位置。通过计算分析表明对于同一高斯光束用短焦距透镜聚焦后得到的光斑比用长焦距透镜聚焦得到的光斑更稳定。     

探测光斑尺寸对热透镜聚焦误差信号的影响

为研究探测光斑尺寸对热透镜聚焦误差信号的影响,建立了基于光学相移理论的热透镜聚焦误差信号理论模型,给出了构型参数优化条件及最大聚焦误差信号的理论值。通过数值计算,分析了探测光斑尺寸对聚焦误差信号及其线性范围的影响。计算结果表明:聚焦误差信号随着探测光斑半径的增大先增大后减小,当探测光斑半径为激励光斑半径的1.14倍时聚焦误差信号最大,与理论结果一致;聚焦误差信号的线性范围随着探测光斑半径的增大而减小,在探测光的最大光学相移小于0.4 rad时,聚焦误差信号的非线性误差小于1%。     

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。     

CO2激光辐照氧化矾热像仪的实验

为了研究波段内激光辐照焦平面阵列热像仪时的性能表现.设计了一系列视场内辐照实验.理论上采用了平顶高斯函数和有限个复高斯函数之和模拟激光器输出的平顶型光束以及激光器输出镜和光路中各种光学元件构成的光阑,结合近轴光学系统的柯斯林光束衍射公式计算了激光光束的传递以及变换.在实验中,通过在光路中放置单透镜光学元件以及调节该元件...     

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.     

用于激光背光源电视的扫描分光与消散斑系统

针对单颗激光二极管光功率过高不能直接用于激光液晶电视光源阵列的限制,本文设计了将高功率激光束分为多束功率接近的子光束的扫描分光系统,从而为液晶电视提供激光背光。系统中激光器发出的准直光束经过扫描振镜进行二维扫描后,经凸透镜和柱面透镜会聚成一条细线型光束耦合进一维多模光纤阵列,从而达到分光的目的。此外,基于扫描振镜和多模光纤实现了系统散斑的抑制。实验结果显示,11根光纤的平均单根出射功率为674.13μW,离散系数为16%,平均散斑对比度为0.162。使用激光作为背光源的激光液晶电视因其优秀的显示性能而具备强大的市场竞争力和广阔的市场前景。     

An experiment to estimate the revolution of DC motor

In this paper we have reported a simple and cost effective lab level experiment to determine the revolution of DC motor at various voltages.This experiment is designed on the basis of laser light pulses observed in cathode ray oscilloscope(CRO)output through an aperture.These output waveforms are directly related with the revolution of DC motor.A laser light beam was allowed to pass through a slot attached with the shaft of DC motor.The outcoming light is in the form of light pulses that falls on the photodetector which was connected to CRO.The frequency of light pulses is the function of applied voltage to DC motor.The CRO output was measured at different voltages.The visual waveforms on CRO interpret the different values of revolutions per minute(rpm)at different values of voltages given to DC motor.Analysis was made to determine the voltage depended revolution.     

VCSEL直接倍频蓝光固态激光器的研究

980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)采用直接倍频和在复合腔中倍频两种方式实现了490 nm蓝光输出。整形采用0.23p@980nm的自聚焦透镜(GRIN lens),倍频晶体选择非线性系数相对较大、允许角相对较宽的LBO晶体。在VCSEL输出功率为530 mW时,选取透过波长为980 nm、长度为0.23 pitch的自聚焦透镜整形,倍频晶体选择2 mm×2 mm×5 mm的LBO晶体,输出了50 μW的490 nm蓝光,在增加了曲率半径R=50 mm的外腔镜后得到了70 μW的490 nm蓝光。     

亚微弧度级激光跟踪转镜装配误差分析

围绕亚微弧度量级激光跟踪转镜的光束指向精度问题,提出空间正交光学系统安装误差的分析方法。基于矢量折射定理的光线追击法,建立棱镜安装误差的归一化数学模型,分析不同安装误差对光束指向精度的影响,实现光束指向误差的定量分析。棱镜Π_1相对y轴的安装倾斜大于0.08″会导致出射光垂直张角ρV误差达到0.21μrad,相对于x轴的安装倾斜大于0.2″会导致水平张角ρH误差达到0.5μrad;棱镜Π_2相对z轴的安装倾斜大于0.2″会导致水平张角ρH误差达到0.22μrad,而棱镜轴承的安装误差对光束指向精度的影响较小。研究结果为高精度光学跟踪系统设计提供了理论依据。     

多波长激光扩束器的光学设计

在激光雷达以及光谱仪定标时常常需要较宽以及高准直性的激光光束。设计了一出射光束为16mm,扩束比为20倍的激光扩束器光学系统。通过移动激光扩束器的物镜与目镜间隔,可以实现光谱范围在543.5~850nm的激光扩束;比较了使用该激光扩束器发射的准直激光束与理想的单色平行光充满成像光谱仪的入瞳孔径后成像光谱仪传递函数的变化,说明该光学系统可行。     

基于双耦合器的平坦型全光纤波长交错滤波器

提出了由一个3×3 单模光纤耦合器和一个2×2单模光纤耦合器级联组成的波长交错滤波器,给出了其基本结构形式。将3×3耦合器中的两边两个输出端口连接在一起,中间端口为反射回路,形成一个3阶级联反射式Mach-Zehnder干涉仪,利用傅里叶级数展开的方法对其输出特性进行了分析。分析结果表明:组成滤波器的两个耦合器分光比和干涉臂的臂长差取一些定值时, 可得到输出波形通带平坦的波长交错滤波器,其输出稳定性和隔离度均得到了提高。与通常的3阶级联Mach-Zehnder干涉仪相比,耦合器数目减少,在实际制作时可以对耦合器的分光比和干涉臂臂长差进行准确监测和控制。     

膏药测量中双传感器补偿法失效现象的研究

介绍了膏药激光透射法测量系统及双传感器补偿法的测量原理。在测量系统中，为消除光源强度变化对测量精度的影响，采用分光镜将光源分为测量光和参考光，同时采用两个光电传感器接收信号并进行补偿。在实验中，这种双传感器补偿法并未达到预期效果。分析原因之后，指出光源偏振方向的随机变化，导致系统中分光镜分光比的随机变化，若保证光源偏振方向不变，分光比也不会因光源强度变化而变化，从而可达到补偿效果。为此，给出了解决方案及实验结果。结果表明：该解决方案是可行的，实验结果可以满足系统精度要求。