大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

808 nm大功率半导体激光器光纤耦合模块系统

根据808 nm大功率半导体激光列阵(LDA)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808 nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400 μm的光纤,实现了30 W的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(NA)为0.22.通过分析其输出光斑和输出曲线,表明LDA与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用.     

半导体激光可调谐局域空心光束

为实现局域空心光束的可调谐性,以半导体激光器作为光源,采用贝塞尔光束聚焦法来获得局域空心光束。采用平凸柱透镜和梯度折射率透镜对光束进行整形,以获得发散角可变的激光束,进而得到尺寸可调谐的局域空心光束。数值模拟结果表明,当照射在轴棱锥上的光束发散角在0°～1.5°范围内连续变化时,局域空心光束的最大径向尺寸在90.23～64.05μm之间可调谐,而局域空心光束的长度在1.85～1.47 mm之间变化。可调谐局域空心光束可显著增加光镊技术的应用灵活性。     

瓦级半导体激光器光束整形装置

介绍了一种采用光束远场发散角分割的方法 ,利用已有专利的微片棱镜堆光束整形器 ,对瓦级半导体激光器光束整形 ,该装置由半导体激光器、微柱透镜、柱面透镜、微片棱镜堆、聚焦系统和光纤组成 ,该方法可在一定程度上改善整形效果 ,具有结构简单、加工和装配容易的优点     

变发散角半导体激光器光束整形发射系统设计

变发散角半导体激光束具有重要的应用意义.根据光线传输的基本原理,从理论上推导了变发散角半导体激光器光束整形发射系统的设计公式,在推导过程中,为了更准确地设计系统,保证出射光束质量,需考虑半导体激光器的固有像散.讨论了最佳的系统结构形式,推导了半导体激光器光束整形的变发散角公式,根据该公式设计了一个变发散角半导体激光器光...     

高功率半导体激光器微光学光束整形技术

基于微光学光束变换系统方法,采用双微棱镜列阵、同轴“之“字形整形方法、反射棱镜阵列法等技术对准直光束进行折叠及光参数积匹配变换,实现光束的完全消像散;利用自行研制的大数值孔径连续非球面微透镜列阵、整形器件等核心微光学器件,实现了准直、聚焦和光纤输出等各种功能。形成了系统的半导体激光器光束整形变换技术,准直后光束发散角达到理论极限;成功获得高效率单芯径光纤耦合半导体激光器泵浦源。     

共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束特性研究

基于光线传输理论对椭圆柱透镜及共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束的特性进行了研究。结果表明：这两种柱透镜的准直效率随折射率的变化不大,这在一定程度上提高了透镜材料选择的灵活性;并且理论上,共轴双半椭圆柱透镜可以将半导体激光光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级。     

条形半导体激光器准直方法研究

对半导体激光准直变换、能量耦合、整形的方法等进行了研究分析,提出了条形半导体激光器准直变换的处理方法,设计了半导体激光测距准直天线。分析计算表明,采用扩束透镜与棱镜对准直可以将输入参数为发散角10°×40°,发光面100μm×1μm的典型半导体激光束,变换为发散角在1mrad以内的准直光束。     

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。     

一种激光二极管像散光束准直整形方法研究

为了准直并整形具有像散的激光二极管光束,采用高斯光束q参量变换规律,推导了利用柱面自聚焦透镜整形激光二极管光束应满足的条件,并在此基础上,通过软件模拟优化,得到了一套效果良好的光束整形准直系统。经过准直整形后光束快慢轴方向发散角基本相等,均小于0.7mrad,束腰位置差异小于2.8mm。结果表明,系统中柱面自聚焦透镜的应用起到了较好的效果,准直整形后的光束具有发散角较小且旋转对称等特点。     

基于像散曲面微透镜的半导体激光准直研究

为了实现半导体激光器的光束准直,分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元,提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后,快轴方向剩余发散角约为0.34,慢轴方向剩余发散角约为2.69。结果表明,像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直,而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。     

孔栅分束镜测量强激光远场光束质量的研究

论述了孔栅镜光束衰减和取样的原理及特点,用此法对高功率连续CO2激光器远场光强分布进行了检测,给出了光强空间分布。算出了光束的焦斑半径、远场发散角,并通过M2参数对光束质量作了评估。     

大功率半导体激光器光纤耦合技术研究

文章通过对高功率DL输出光束特性的分析,设计了大功率DL光纤耦合输出激光器系统,并进行了实验验证.根据实验结果,DL单元线阵经过准直后,快轴方向的发散角小于0.2°.利用微台阶镜实现了高功率DL快轴、慢轴方向束参积的转换,较好地实现了光纤耦合,在光纤直径为800μm,数值孔径为0.22的条件下,连续输出功率达到31.5W,耦合效率达到72%.     

500W级半导体激光器光纤耦合输出模块设计

为实现亮度均匀、形状对称、高对称光束质量的高功率半导体激光输出,提出了一种基于mini-bar芯片的高功率光纤耦合系统设计方案,使用Zemax设计了一套针对200 m/NA0.22多模光纤的500 W级光纤耦合输出系统。设计使用反射镜-条纹镜系统实现单列叠层微通道封装芯片快轴方向光束的尺寸压缩,并结合偏振合束技术在不改变光束束参积的条件下将功率提高一倍,并使用慢轴扩束系统压缩慢轴方向发散角,最后采用非球面透镜耦合进目标光纤。在设计的基础上采用4列叠层微通道封装的叠阵（每列包含5个mini-bar芯片）进行了等效验证实验,在注入电流为37 A时得到稳定输出功率506 W的小型化模块,亮度达10.3 MW/（cm2sr）,电光效率为43.0%。设计和实验共同表明,该光纤耦合模块可实现500 W稳定功率输出,可广泛应用在光纤/固体激光泵浦及工业加工等领域。     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

940 nm高功率半导体激光器研究

报道了一种采用大光学腔结构的InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱高功率半导体激光器。在量子阱能级本征值方程的数值求解基础上 ,优化了InGaAs阱层材料的In组份含量 ;采用大光学腔结构以有效降低垂直于结平面方向的光束发散角及腔面的光功率密度 ,实现器件的高功率、低发散角光。设计的激光器外延结构采用分子束外延 (MBE)方法生长 ,成功获得具有较低激射阈值的 94 0nm波长激光器外延片。对 10 0 μm条形 ,10 0 0 μm腔长的制备器件测试表明 ,器件的最大连续输出功率达到 2W ,峰值波长为 939.4nm ,远场水平发散角为 10° ,垂直发散角为 30°。器件的阈值电流为 30 0mA。     

高功率线阵半导体激光器光纤耦合设计

本文通过分析高功率线阵半导体激光器的激光输出特性，设计了一种微台阶反射镜阵列对其进行光束变换，并分别采用几何光线追迹法和高斯光束的ABCD定律，模拟计算了光束变换情况。计算结果表明，本文设计的光束变换系统，可将10mm宽的线阵半导体激光器的输出激光耦合进一根芯径为800μm，数值孔径NA≥0.37的光纤中。     

多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出

设计并研制了一种多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用分子束外延(MBE)方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用4只准直的单条形大功率半导体激光器,器件腔长为2 mm,发光区宽度为100μm,单条形器件的连续输出功率为5.0 W,每两只单条形器件的准直输出光束经过空间合束后再通过偏振合束,实现了多单元器件输出的高光束质量功率合成,采用简单的平凸透镜实现了合束光束与100μm芯径、数值孔径(NA)0.22石英光纤的高效耦合,耦合效率高达79%,输出功率达10.17 W,光纤端面功率密度达1.0×105W/cm2.