Sinc切趾反射体布拉格光栅衍射特性分析

基于sinc切趾反射体布拉格光栅的谱合成技术是获得高功率谱合成输出的有效方法。考虑到入射单色平面波光束的偏振状态,采用传输矩阵法,分析了光栅参数对衍射效率、波长选择性和角度选择性的影响。计算结果表明,入射角度对不同偏振状态入射光束的衍射效率影响较大。sinc切趾反射体布拉格光栅的衍射效率近似由光栅厚度和折射率调制幅值的乘积决定,当折射率调制幅值与光栅厚度的乘积大于1.7028×10-6时,不同偏振态在小角度入射时的衍射效率高于99%。sinc切趾反射体布拉格光栅的波长选择性带宽和角度选择性带宽随折射率调制幅值的增加而增大,随衍射效率的增加而减小。通过优化光栅参数,利用sinc切趾体布拉格光栅可实现光谱间距低于200 pm的多光束谱合成。     

多路激光体布喇格光栅光谱合成特性研究

为了研究多路激光体布喇格光栅光谱合成的合成特性,采用建立多路反射式体布喇格光栅光谱合成系统物理模型的方法,得到了具有不同谱宽的光束的衍射效率曲线,以及体布喇格光栅材料的吸收系数和通道间的串扰对总的合成效率的影响曲线。结果表明,在入射光束中心频率不变的情况下,随着光束光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小;随着光束中心频率与光栅中心频率之间偏移量的增加,衍射效率逐渐减小;当光束谱宽与光栅光谱选择宽度大约相等,并且通道之间的间距较小时,通道之间由于发生串扰而损失的衍射效率需考虑,随着合成路数的增加,总的合成效率受体布喇格光栅材料吸收系数的影响越来越大,而受串扰的影响则几乎保持不变。     

相移反射体布拉格光栅在谱合成中的应用

谱合成是获得高功率激光输出的有效方法。建立相移反射体布拉格光栅谱合成模型,利用传输矩阵法,分析相移反射体布拉格光栅的衍射特性,并对反射体布拉格光栅的衍射特性和相移反射体布拉格光栅的衍射特性进行了比较。以两束光为例,分析相移反射体布拉格光栅谱合成特性,分析在高斯单色平面波入射条件下,光谱宽度对谱合成效率的影响。结果表明,通过在反射体布拉格光栅中引入π/2的相位畸变,可有效抑制衍射效率中的旁瓣的影响并增加参与谱合成的光束数目,对于两束光谱间距为30 pm的窄带光束谱合成,谱合成效率可达97%。     

基于传输矩阵法的纵向啁啾体光栅衍射特性

为了研究纵向啁啾体光栅的光谱衍射特性,采用传输矩阵方法进行了分析,研究了光栅的厚度、折射率调制系数和啁啾波长范围对纵向啁啾体光栅中心衍射效率的影响。结果表明,随着光栅厚度的增加,中心衍射效率随之增大;随着光栅折射率调制系数的增大,中心衍射效率也随之逐渐增加;而随着啁啾波长范围的增大,纵向啁啾体光栅的中心衍射效率则逐渐减小。此研究结果对大尺寸啁啾体光栅的设计制作有一定的参考价值。     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的研究

分析了透射体布拉格光栅实现两束不同波长光束频谱组束的条件.基于耦合波理论,推导了透射体布拉格光栅的衍射效率方程,获得了优化的组束设计条件,提出了使用凸透镜控制光束入射角的方法.建立了组束的理论模型,分析了光栅参数对衍射效率的影响.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,谱选择性逐渐增大;随着光束发散的增大,光栅的衍射效率逐渐减小.     

半导体激光器光束谱合成效率的分析

针对半导体激光器的光束谱合成系统结构及其特点,利用Lang-Kobayashi模型建立的速率方程,在稳态情况下,推导出单个子光束经谱合成系统后的效率公式,并进一步讨论了多个光源经谱合成系统后的合成效率及其影响因素。研究结果表明:半导体激光器经谱合成系统的效率与半导体激光器输出端面和外腔输出耦合镜的反射率的相对大小、变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率有关;在实际工程设计中,要尽可能提高变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率,并综合考虑系统效率和光谱稳定性的要求,对半导体激光器输出端面和输出耦合镜的反射率进行优化设计。     

切趾函数光纤布拉格光栅的光谱特性研究

均匀光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)的反射谱存在旁瓣干扰,对波长解调过程会产生一定干扰,从而对传感测量结果造成一定误差。在FBG中引入切趾函数能够解决这一问题,有效抑制旁瓣。通过对切趾函数FBG耦合模理论的分析,获得了光栅参数变化对切趾FBG反射谱的作用情况。仿真实验结果表明,加入切趾函数会对FBG反射谱的旁瓣数量及大小起到明显抑制作用,反射率、中心波长、半高宽度及检测精度等反射谱特性的变化情况会受到光栅参数的影响。     

横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性,实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性,数值计算和实验结果表明:横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低,光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为85%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.27 nm;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为89%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.3 nm,两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm波长调谐范围,且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。     

体布拉格光栅光谱滤波器特性研究

高透过率、窄光谱带宽、高抑制比的滤波器件是提升光学系统光谱纯度的核心部件，也是近年来新型光学器件领域研究的热门方向。传统的滤波器件不能够同时满足透过率、光谱带宽以及带外抑制的要求，而文中研究的体光栅作为一种新型的光栅，衍射效率大于90%，光谱带宽在100 pm左右，并且拥有一定的角度滤波特性。依据耦合波理论，理论仿真了各个光栅参数（光栅厚度、折射率调制度、光栅周期、光栅倾角）对光栅衍射效率及光谱带宽的影响，定量地给出了参数影响的大小，为体光栅的设计提供了理论指导。设计了体光栅测试系统，通过实验验证了体光栅的衍射效率、光谱带宽、角度选择性，实验结果与理论较为符合，为体光栅的实际应用提供了实验数据支持。     

多层电介质衍射光栅高功率激光辐照特性研究

多层电介质反射式衍射光栅作为光谱合成系统的核心元件,在高功率激光辐照下的表面形变将导致其衍射特性改变,进而影响系统合成光束质量和衍射效率。搭建泰曼-格林干涉仪探测在高功率激光辐照下衍射光栅表面的干涉条纹,经图像处理及泽尼克多项式拟合实现光栅表面形貌的重建。采用高功率光纤激光辐照加热光栅,测量另一光束经过热畸变光栅后的光束质量和衍射效率演变。结果表明,在高功率激光辐照下光栅表面形变高度分布为高斯型,辐照功率密度3kW/cm~2时,干涉条纹对应区域内的光栅表面在垂直方向上隆起,最大高度为127nm。表面形变引起衍射光束质量因子M2退化,这种退化主要来自衍射光远场发散角的增大。光栅衍射效率波动幅度小于1.8%。     

光纤激光频谱组束的仿真研究

基于利用透射体布拉格光栅 准直透镜所设计的非相干组束方案,建立了光纤激光组束的理论模型.依据所建模型,对光栅的组束效果进行了分析.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;随着光栅厚度的减小,满足最佳组束条件的空间频率和折射率调制将逐渐增大;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,角或谱的选择性逐渐增大;随着光束发散角和光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小.     

半导体激光密集谱合束中VBG的热效应

研究并分析了半导体激光密集谱合束技术中体布拉格光栅(VBG)的热效应问题。为了提高半导体激光器的输出功率及其电光转换效率,利用COMSOL软件模拟了半导体激光器中VBG在自由传导散热和水循环冷却两种条件下的温度分布,通过对比这两种条件下VBG温度对其中心波长漂移量及输出功率的影响,分析了VBG热效应变化。模拟与实验结果表明,水循环冷却可以有效将VBG的温度从390.44 K降低到299.09 K,减小了VBG的波长漂移量,有效抑制了VBG的热效应问题。因此合理控制VBG的温度,可提高半导体激光器的输出功率和电光转换效率。     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的实验研究

基于透射体布拉格光栅频谱组束的设计方案,采用半导体激光器作为泵浦源,以双包层Er3+/Yb3+共掺光纤为增益介质,报道了两束光纤激光频谱组束的实验结果.作为一种激光合成方法,在两束光纤激光输出功率分别为0.48 W和0.71 W、光栅实际衍射效率不到40%的情况下,实现了组束功率为0.56 W,绝对组束效率约为47%的组柬激光输出.并分析了实验过程中影响组束效率的因素.     

Design and analysis of spectral beam combining system for fiber lasers based on a concave grating

A novel fiber laser spectral beam combining scheme based on a concave grating is presented.The principle of the presented system is analyzed,and a concave grating with blazed structure for spectral beam combining is designed.The combining potential of the system is analyzed,and the results show that 39 Yb-doped fiber laser can be spectrally beam combined via the designed system.By using scalar diffraction theory,the combining effect of the system is analyzed.The results show that the diffraction efficiency of the designed concave grating is higher than 72% over the whole gain bandwidth,and the combining efficiency is 73.4%.With output power of 1 kW for individual fiber laser,combined power of 28.6 kW can be achieved.     

双波长可调外腔半导体激光器

提出了一种基于体布拉格光栅（VBG）和横向啁啾体布拉格光栅（TCVBG）组合的双光栅外腔半导体激光器,该外腔半导体激光器采用反射率15%的体光栅和反射率17%的啁啾体布拉格光栅作为反馈元件和模式选择元件,实现特定波长的选择和调谐,实验研究了外腔激光器的功率-电流特性、光谱特性和波长调谐特性。实验结果表明:双光栅外腔半导体激光器最大输出功率为1.96 W,斜率效率为0.94 W/A,外腔效率达到78%。输出光谱为双波长,一个波长为808.6 nm,另一个波长连续可调,通过改变横向啁啾体光栅的位置,该波长可从800 nm调谐至815 nm,可调范围达15 nm,在整个可调范围内两个波长的谱线宽度（FWHM）均小于0.3 nm。     

光纤激光器光谱合束技术综述

对实现高功率、高光束质量输出的光纤激光器光谱合束技术进行了综述。针对体布拉格光栅合束和多层介质膜光栅合束两种技术方案进行介绍,从合束原理、高功率窄线宽光纤激光器单元、光栅器件以及合束方案等方面进行分析。同时,针对近年来国内外在光纤激光光谱合束技术领域的发展也进行了归纳性的介绍。     

体布拉格光栅反射率对外腔半导体激光阵列输出光谱的影响

采用记录在光致热敏折射率玻璃中的反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成外腔半导体激光阵列,对其输出光谱特性进行了实验研究,分析了快轴准直透镜的位置对外腔反馈耦合效率的影响。实验结果表明,在体布拉格光栅外腔反馈作用下,半导体激光阵列输出光谱中心波长得到锁定,同时输出线宽显著变窄。重点研究了体布拉格光栅的反射率对外腔反馈半导体激光阵列输出光谱特性以及激光器效率的影响。实验结果表明,体布拉格光栅反射率的增加可提高半导体激光阵列内腔模式的抑制效果,提高输出光谱对比度,减小输出光谱线宽。使用反射率为30%的体布拉格光栅,可将半导体激光阵列的输出波长锁定在808nm附近,输出光谱线宽压缩至0.18nm。外腔半导体激光器的输出功率达24.8W,效率为82.6%。