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。     

Gaussian切趾体光栅在光谱合成中的应用研究

为了研究切趾技术对体光栅旁瓣的抑制效果及切趾体光栅的光谱合成特性,采用Gaussian切趾技术对体光栅旁瓣进行了抑制,并用传输矩阵法分析了Gaussian切趾体光栅的衍射特性,给出了Gaussian切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率影响;切趾后体光栅旁瓣对应的前4级峰值衍射效率由73%,47%,31%,22%降低到11%,20%,10%,7%。合成路数和光束光谱宽度一定时,合成效率随衍射损耗的增大而减小。结果表明,Gaussian切趾技术能够有效抑制体光栅旁瓣,进而减小体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,增大合成效率。     

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.     

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)。     

体布拉格光栅色散对衍射光束质量的影响

基于衍射理论,建立了光束经过体布拉格光栅衍射的光束质量分析模型。在考虑入射光束参数和体布拉格光栅参数的情况下,分析任意光束经过体布拉格光栅衍射的光场分布,计算得到二阶矩意义下的束腰和光束质量M2因子,并分析了体布拉格光栅空间周期、入射光束尺寸、光谱线宽和初始入射光束质量M2对衍射光束质量的影响。研究结果表明,衍射光束质量受体布拉格光栅和入射子束共同影响:体布拉格光栅周期越小,其空间色散越严重;入射子束尺寸越大、光谱线宽越宽、初始光束质量越差,衍射后的输出光束质量劣化越明显。该模型给出了衍射后的光束质量表示,可方便快捷地得到不同输入光束衍射后的光束质量。在最高入射功率达千瓦量级时,实验测量了初始M2和光谱线宽两部分贡献对衍射光束质量的结果,并与相应理论分析进行了比较。     

基于镀金膜反射式衍射光栅的激光光谱合成

为基于反射式衍射光栅实现多波长光束阵列光谱合成,采用自研的镀金膜反射式衍射光栅作为色散元件,对两束波长分别为1064nm和1080nm的单模光纤激光束进行光谱合成,探索了合成系统的光学结构和光束质量等方面的优化措施,实现了合成功率为13.64 W、合成效率为91.9%及合成光束质量为1.53的高亮度输出,并对色散面内的光束质量退化及其影响因素进行了评估。     

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%。     

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。     

非均匀膨胀与收缩下反射体全息光栅衍射特性分析

通过引入膨胀因子随光栅胶层厚度的变化函数来研究在非均匀膨胀和收缩情况下反射体全息光栅的衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法,借用Lorentz-Lorenz公式,推导出了平均折射率和折射率调制度的解析表达式,据此考察了膨胀因子以定值、线性函数、非线性函数变化时光栅+1级衍射光的衍射特性,分析了平均折射率和折射率调制度在理想情况和衰减分布时对光栅角度和波长选择特性的影响程度。给出了胶层厚度及光栅周期与曝光和未曝光区域膨胀因子的函数关系,讨论了光栅衍射效率对膨胀因子变化的响应程度。结果表明,膨胀因子的非均匀分布令光栅衍射效率曲线出现非对称分布;相比于折射率调制度,光栅布拉格角度对平均折射率变化较为敏感;曝光与未曝光区域膨胀因子会影响衍射效率峰值、光栅角带宽和波带宽。该结论对反射体全息光栅曝光后水浴膨胀与脱水收缩等工艺具有理论指导意义。     

基于多路窄线宽光纤激光的9.6kW共孔径光谱合成光源

理论和实验研究了一种基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器,该激光器既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径光谱合成输出,也降低了单路光纤激光的线宽要求。优化了该激光器的光束质量退化分析模型,分析了激光波长、光栅色散和光谱结构对光谱合成输出光束质量的影响,实验研究了不同功率水平下的光谱合成输出光束质量变化特性,获得了最大输出功率为9.6kW的高光束质量共孔径合成输出,光束质量M2为2.9,合成效率达到92.0%。通过进一步压缩每路光纤激光的线宽并提升其功率或增加合成路数,可以获得更高功率和更高光束质量水平的共孔径激光输出。     

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.     

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%。     

一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

基于双光纤布拉格光栅的抽运激光器波长锁定器

运用耦合模理论推导了双光纤布拉格光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式,进一步推导出带双光纤布拉格光栅激光器的增益方程。利用相关表达式讨论双光纤布拉格光栅的反射特性与透射特性,并探究对激光器增益曲线的影响。双光纤布拉格光栅由结构和特性相同的单光纤布拉格光栅构成,通过优化两光纤布拉格光栅之间的距离得到最佳的锁模特性。在工作温度为0℃,20℃,70℃时,分别测量了带双光纤布拉格光栅和单光纤布拉格光栅波长锁定器的非致冷抽运激光器的输出光谱。其结果表明带双光纤布拉格光栅的非致冷抽运激光器输出光谱的稳定性得到了显著改善。在0~70℃温度范围内能稳定工作,波长漂移为0.2 nm,边模抑制比达45 dB,半峰值宽度小于1.57 nm。     

体光栅二维耦合波方程解析解的再探讨

针对完全重叠型的体光栅,在布拉格衍射范畴内给出二维耦合波方程的完整推导,并给出方程组的闭形式解析解.该解析解能够解决完全重叠型的均匀光栅的普遍衍射问题.研究了二维有限尺寸体光栅的衍射性质特别是衍射效率与光栅二维尺寸及介质吸收系数之间的关系.对于无吸收的光栅,参考光束相对物光束越宽,衍射效率将越高.当介质的吸收不可忽略时,对于耦合较强的光栅,参考光尺寸的增大反而会引起衍射效率的下降.为了获得最优的衍射效率,应当根据介质的吸收率合理地设计光栅的几何尺寸.     

LiNbO3晶体中光折变光栅各向异性衍射的定量研究

对LiNbO3晶体中光折变光栅的各向异性衍射进行了定量研究。基于有效电光系数非零和布拉格相位匹配条件，对在LiNbO3晶体中各向异性衍射的衍射效率与光束偏振态和写入几何的关系进行了较为详细的理论计算和分析，根据建立的数学模型进行了数值计算，发现光轴垂直于写入平面时，写入的光栅可发生显著的各向异性衍射。实验测量与理论计算结果基本符合。     

高斯光束经衍射光栅的滤波特性研究

为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。     

基于耦合波理论的体全息光栅衍射效率计算

基于耦合波理论,对反射体全息光栅的衍射效率进行了计算。给出了体全息图的边界条件,同时对基于耦合波理论的体全息光栅衍射效率的计算结果进行了分析。以便能为制作具有高衍射效率,低噪声的全息光栅做好准备。     

相移光纤光栅的反射谱特性分析

应用传输矩阵法对相移光纤光栅(FBG)的反射光谱特性作了详细的理论分析,给出了相应的数学模型,并进行了验证.结果表明,相移的引入导致光纤光栅反射谱产生分裂,分裂点波长与相移大小呈线性正比关系并具有用期性;分裂点反射率与相移位置、光栅中心波长之间具有一定的对称性,且符合双曲正切关系.