准共轴多波长红外激光二极管的光束准直技术

提出了一种多波长红外激光二极管的封装结构,为了提高该二极管输出的860、905、1064nm(脉冲/单模)等多种波长激光光束的平行性,对该封装结构下几种光束的准直技术展开研究。通过对高斯光束在傍轴、离轴两种状态下的成像分析,总结并提出了一种"准共轴"激光光束的成像理论,在该理论基础上设计了多波长激光二极管的准直光学系统,并通过光学设计软件建立了相应的光路模型。在该光路模型指导下制备了多波长激光光源样机,并通过实验对该样机输出的"准共轴"光束的平行性进行验证。实验结果表明,该样机体积小、质量轻,其输出的"准共轴"光束覆盖了860、905、1064nm(脉冲/单模)等多种波长,并具备良好的平行性。     

高功率矩形光斑激光非相干空间合束

激光表面热处理技术是进行金属材料表面强化和改性的最有效手段之一。为实现高速、柔性激光表面热处理,按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用Code V光学设计软件建立合束器结构模型及TracePro光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成了10 kW级18×1矩形光斑激光非相干空间合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。     

He-Ne激光束远场发散角的精确测量及误差分析

首先利用远场光斑测量法,测得GY-10型He-Ne激光器的远场发散角为1.15mrad.接着,根据高斯光束对望远镜系统变换,通过两个望远镜实现He-Ne激光束的准直,得到水平方向的远场发散角75.78 μrad,垂直方向76.53 μrad.最后,对实验中存在的误差分析可知,可用多次测量求平均值的方法消除误差;准直望远镜系统的微小失调可引起出射激光束远场发散角有较大的变化;测量系统中需使用长焦距的凹面镜.     

一种新型的高性能近红外平行光管的研究

采用长焦距单透镜方案,研制了一种新型的高性能近红外平行光管。以单模光纤导出的近红外激光(λ=1053nm)为光源,设计了满足光强均匀性要求的准直物镜焦距,使用新型的近红外消光涂料消除了杂散光的影响,并运用双平板剪切干涉技术完成了平行光管的不可见光束调校。采用自制的1053nm近红外干涉系统测试了平行光管的光学质量,结果表明,准直后的出射光束波面峰谷值(PV)达到0.045λ,光强的均匀性达79.2%。     

离轴高斯光束经光学系统变换后特性研究

以广义衍射理论为基础,通过collins 公式,分析了离轴高斯光束经过矩阵元为ABCD 的光学系统的变换特性,得到的出射激光束是偏心高斯光束,并研究了离轴高斯光束聚焦和准直的特点。     

千瓦级高光束质量半导体激光线阵合束光源

低光束质量严重限制了大功率半导体激光器的应用,为了满足日益增长的工业和国防领域应用需求,发展兼具高功率和高光束质量激光输出的半导体激光光源具有重要意义。采用线阵合束方式集成20个传导热沉封装半导体激光单元,结合斜45°柱透镜阵列整形方法和准直技术,直接均衡激光束快慢轴方向的光斑和发散角,通过波长合束和偏振合束,研制出一种可实用化、连续输出功率1030W、快慢轴方向光参量积分别为18.3mm.mrad和17.7mm.mrad、最大电-光转换效率44%的808nm和870nm双波长半导体激光合束光源,实现了高效率、高功率和高光束质量激光输出,可作为直接光源应用于工业和国防领域。     

精确瞄准激光束的装置

美帝国家航空和宇宙航行局设计了一种激光束瞄准系统,能使氩激光束对准月球上被照明表面上的特定点。这种系统将准直激光束,并以极高的角跟踪精度,使它射向月球表面上的物体。经修改之后,能用这种系统精确跟踪导弹和卫星。这系统包括一台长焦距反射式望远镜,在望远镜的焦平面上安置了一个分束器。激光束通过一面会聚透镜聚焦到分束器上的一个小孔上,然后通过望远镜射向目标地区。分束器的作用是把出射光束和进来的导引光束(从望远镜来的月光)分开。     

采用衍射光栅实现激光准直、定向和测距

早期的科学发展,为解决直线运动目标的导航问题,发展了许多常用的方法,对于精确瞄准目标最实际常用的是望远镜。这在近期的资料中已有介绍。高度准直的激光束,是用作目标准直的十分有用的工具。与一般望远镜方法正好相反,在望远镜系统中,用一种非可见光线来确定系统的轴,而激光束则是一条可辨别的直线,作为准直轴。因此,如果采用激光辐射的基波横模,在光束中心的光强最强处就是一条轴线。这是一种简单的实际常用的准直法。     

基于衍射/反射光束整形系统的高密度泵浦源

利用二元光学元件微型化和对波面进行任意整形的特点,将二元光学衍射器件用于高功率激光二极管阵列光束的快、慢轴准直,并结合空心导管设计一种衍射/反射混合型光束整形系统,用于实现高密度、高均匀性LD泵浦源.应用时域有限差分法(FDTD)的严格矢量分析表明:所设计的二元光学准直器性能优良,准直后光束发散角在误差范围内接近衍射极限,慢轴方向衍射效率为82.21%,快轴方向为75.76%.模拟设计的结果表明:采用这种衍射/反射光束整形技术的高密度泵浦源能获得高功率密度和高均匀性的抽运光束,在空心导管出射端面附近光强起伏RMS<1%,并且在光束的准直性能和系统紧凑性方面优于传统整形方法.     

激光跟踪瞄准系统的扩束系统设计

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求,设计了一个倍率18的激光扩束系统,系统地介绍了设计方法.按照高斯光束的透镜变换理论,计算了该扩束系统的正确离焦量,分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响,指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感,预测了精密调焦机构要注意的问题.