大功率半导体列阵激光器的偏振复用技术研究

根据大功率半导体激光器输出光束的偏振特性,基于偏振复用的原理,分别利用双折射晶体和偏振合束晶体对两只大功率半导体线列阵激光器进行了偏振合束研究.依据理论计算结果,生长了双折射晶体YVO4,并进行了特殊的光路系统设计,最终实现了偏振复用,功率效率达到66%;利用偏振合束,晶体功率效率为85%.最后,从各方面比较了两种方法的优缺点.     

楔形光纤排与半导体激光器耦合技术研究

首先从半导体激光器列阵的发光特性出发,利用楔形光纤排对大功率半导体激光器列阵光束进行耦合,最后得到一只含有19个纤芯,每个纤芯为200μm,数值孔径为0.12的大功率半导体激光器光纤耦合模块,输出功率为32.48W, 耦合效率为81.2%.     

大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术

利用阶梯反射镜整形技术和偏振合束及波长合束技术成功将两只波长为808nm和两只波长为980nm的40W大功率半导体激光器光束进行混合,最后得到输出功率为95.8W、耦合效率为60%的双波长大功率半导体激光列阵单光纤耦合模块,光纤芯径为400μm,数值孔径为0.22.     

大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术

利用阶梯反射镜整形技术和偏振合束及波长合束技术成功将两只波长为808nm和两只波长为980nm的40W大功率半导体激光器光束进行混合,最后得到输出功率为95.8W、耦合效率为60%的双波长大功率半导体激光列阵单光纤耦合模块,光纤芯径为400μm,数值孔径为0.22.     

使用格兰-泰勒棱镜偏振耦合的1 kW大功率半导体激光器

大功率量子阱半导体激光器输出为线偏振光,而格兰-泰勒棱镜具有双折射性质,能将两种偏振方向相互垂直的光区分开.如果将格兰-泰勒棱镜反方向使用,则能将两个偏振方向的光耦合输出.使用两个中心波长808 nm,输出功率600 W的半导体激光堆栈,一个堆栈的输出光经过1/2波片后偏振方向旋转90°,另一个堆栈偏振方向保持不变,经过格兰-泰勒棱镜做偏振耦合后合成一束.分别经过快慢轴准直、聚焦和慢轴消球差后输出,其中聚焦镜f=100 mm.在工作电流130 A时,电光转换效率约为43%.使用UFF100激光光束质量诊断仪测量,焦斑呈矩形分布,焦斑面积为0.547 mm×5.0 mm,快轴光参积Kf=26.1 mm·mrad,最大输出功率1 kW,激光器系统工作稳定.     

出纤功率30W的激光二极管线列阵光纤耦合器件

用一根柱透镜对大功率半导体激光器线列阵输出光束的快轴方向进行准直,准直后的光束耦合到光纤列阵中.大功率半导体激光二极管线列阵的输出功率为40W,线列阵有19个发光单元,每个发光单元的发光区面积为100μm×1μm.大功率激光二极管线列阵耦合后出纤功率为30W,耦合效率为75%,光纤的数值孔径为0.11.     

半导体光纤环形激光器产生偏振混沌的数值研究

建立了半导体光纤环形激光器的动力学模型, 并进行了数值分析和研究。半导体光放大器采用由张应变引起的自身双折射理论模型, 光纤的双折射效应和偏振控制器对光的偏振调节作用综合用一个线性双折射琼斯矩阵表示。利用Matlab软件对该模型进行仿真, 寻找到特定电流下半导体光纤环形激光器产生偏振混沌时偏振控制器的延迟角与方位角的范围以及半导体光放大器注入电流对环形激光器产生偏振混沌的影响。仿真的环形激光器输出功率与偏振度随半导体光放大器注入电流的变化关系与实验结果相符。结果表明, 半导体光放大器注入电流越大、偏振控制器的延迟角与方位角越接近零, 越容易产生高频偏振混沌。     

半导体激光器散热技术研究及进展

在半导体大功率激光器的各种关键技术中,散热问题的解决是一个极其关键的技术。因为半导体激光器能产生很高的峰值功率,这些器件的电光转换效率为40%~50%,即所输入的电能50%~60%都转换为热能。在管芯焊接的地方产生的热流量大约为1KW.cm-2。这种热负载是限制激光器正常工作的关键因素。半导体激光器列阵与叠阵散热问题解决会直接关系到激光器的使用寿命,导致激光器有源区温度的迅速提高,从而引起激光器的光学灾变,甚至烧毁半导体激光器。大功率激光器列阵及叠阵在高功率的二极管泵浦固态激光器(DPSSL)系统中有很大的应用,市场发展潜力很大。因此,有必要发展大功率激光器列阵及叠阵。随着大功率激光器列阵及叠阵的迅速发展,与其有关的关键技术也应该加以研究。     

半导体激光器列阵器件光束复合研究

文中针对半导体激光器列阵的波长复合和偏振复合技术开展了设计和实验研究。首先利用半导体材料波长易调节的特点,设计了AlGaInAs/GaAs/AlGaAs压应变量子阱结构,得到了760nm、800nm、860nm、930nm、976nm五个波长激射的半导体列阵激光器,同时设计了四个短波通滤波片参数,开展了半导体列阵激光器的多波长光束复合技术的实验研究;其次利用1/2波片和偏振复合棱镜将两束不同偏振状态的光束进行了复合,并设计了光束聚焦系统。最终实现了5个波长,10条半导体激光器列阵的光束复合,得到了196W的激光功率输出,总体效率为76%,其中,波长复合效率可以达到92.4%,输出聚焦光斑尺寸为144μm×1 330μm,聚焦光功率密度达到1.02×105W/cm2,与单条半导体激光器列阵相比,合束光的光功率密度提高了4.3倍。     

基于楔形Nd:YVO_4/KTP双折射滤波的单频绿光激光器

通过研究双折射晶体Nd:YVO_4的偏振特性,利用楔角为10°的Nd:YVO_4激光晶体和倍频晶体KTP(磷酸钛氧钾)在绿光激光器中构造了一个新型双折射滤波器。理论分析了KTP晶体的长度、基频光在KTP中的入射角度和KTP的温度对双折射滤波器选频的影响。实验中使用长度为4.4,5,7 mm的KTP,采用V型腔结构,最后分别获得了90,120,104 mW的单频绿光。实验结果表明,由楔形Nd:YVO_4和KTP构成的双折射滤波器成功实现了激光单纵模运转,且方法简单易行。当KTP晶体长度为5 mm时,测得楔形Nd:YVO_4/KTP激光器的单纵模运转温度范围约为5℃。