基于微透镜阵外腔的光纤激光谱组束耦合效率分析

为了克服光纤激光外腔谱组束系统中增益带宽和透镜像差对组束阵元数量的限制,在系统中加入了微透镜阵。根据光束变换理论,建立了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束系统的外腔耦合效率分析模型。通过数值模拟,对各种相关参数对耦合效率的影响进行了仿真分析。结果表明:微透镜阵的加入极大提高了阵元的耦合效率和系统的组束潜力;为了获得尽可能高的耦合效率,需要对离焦量进行合理配置并设计具有较长焦距的微透镜;横向对准误差是影响耦合效率的主要因素,对于宽度为10 mm的组束光纤阵列,为保证60%以上的耦合效率,在θy≤2 mrad的同时需将横向位置偏移量δy限制在10μm以内。     

微光学元件阵列面阵LD光束整形及光纤耦合

采用微透镜阵列组成的快、慢轴准直器件进行高功率面阵半导体激光器阵列光束准直,从而减小其光参数积,进一步采用棱镜阵列对准直光束进行整形,实现两方向光束质量的平衡,使激光束的综合光参数积小于光纤的光参数积,提高光束质量,获得高耦合效率的光纤耦合模块.对5个吧条组成(每个吧条40 W、总输出功率为200 W)的面阵半导体激光器光束进行准直、整形聚焦并耦合到芯径800μm、数值孔径0.22的多模光纤,获得125.4 W的激光输出.     

外腔谱组束耦合效率及光束质量的研究

基于外腔谱组束模型,详细分析了影响外腔谱组束耦合效率和光束质量的因素。结果表明:在存在Y偏移的情况下,耦合效率随光斑半径的增大而增加;在组束阵元数增加的情况下,优化组束阵列的耦合效率明显提高;使用外腔谱组束,为提高耦合效率和光束质量,应尽量选择焦距较长的传输透镜以及光斑半径较大的激光器。     

基于ZEMAX单模大光束光纤准直透镜信号耦合分析

针对光纤连接器核心部件之一光纤准直透镜信号精密耦合问题,采用双合透镜设计了一种单模大光束光纤连接器.通过分析双合透镜特性、光纤准直器阵列中的多光学器件耦合机理和准直透镜间的3种耦合偏差引起的传输损耗,推导出该耦合系统的传输损耗公式.基于MATLAB分析得到:角向失配对准直器的耦合损耗影响最大,轴向失配影响最小.利用光学仿真软件ZEMAX在序列和混合模式下对连接器进行模拟,用Origin绘制出不同失配情况下信号耦合效率曲线,结果表明单模光纤芯径为12 μm时,耦合效率达到92.42％.最后通过光学平台搭建实验系统,验证了仿真结果的准确性.     

基于外腔光纤激光器阵列频谱组束的耦合效率

分析了外腔高斯光束频谱组束的机理.针对Bochove推导点特征扩展系数所使用的方法繁琐问题,运用角特征的近似形式,推导了点特征的扩展系数;并基于频谱组束模型,讨论了影响耦合效率的因素.结果表明,外腔最大耦合效率时,激光器阵列应排列成开口背离传输透镜的抛物线形;当阵元的横向位移超过1.5 mm时,抛物线形排列的阵元耦合效率是相同位置直线形排列阵元耦合效率的2倍;使用外腔频谱组束,应尽量选择焦距较长的传输透镜.     

大口径菲涅耳透镜远距离宽光谱聚光系统设计

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求,基于成像光学与非成像光学的混合设计方法,设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成,接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点,解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差,使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小;中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸,使光信号在光纤束端面高效率耦合,提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明,所设计的后组系统能够减小像差影响,有效控制光束发散角度和光斑尺寸,提高光能利用率,满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。     

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.     

紫外-可见光谱水质检测系统的多束LED光纤耦合研究

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题,提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案.运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究,针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题,设计了非球面准直透镜,准直后发散角为0.403 mrad;针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计.实验结果表明,合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412 μm,GEO点尺寸为290.071 μm,光束中95％以上的能量集中在300μm以内,实现了多束LED光源与光纤的高效耦合.     

基于微透镜阵列的高效率光纤耦合系统设计

光纤耦合是半导体激光器集成光源进一步改善输出光束质量和远距离传输的重要手段。然而,由于半导体激光器单管体积和散热的限制,合成后激光光源的输出光束光参量积仍较大,不利于与单根多模光纤的耦合;直接与光纤束耦合又受到光纤束填充比的限制。针对多个半导体激光器单管集成的光源,采用倒置前端光学放大系统,对合成光束直径进行压缩;并采用六方排列的微透镜阵列作为耦合元件,使其光瞳成像在光纤端面,从而实现微透镜与光纤的一对一耦合,得到理论无损耗的高效光纤耦合系统。为了改善光场边缘像差影响,采用空心光管进一步匀化光场分布,且减小了边缘光线的发散角,提高了边缘光线的成像质量,优化后的系统耦合效率达98%。这一系统利用微透镜阵列将光束分束、成像,克服了集成光源输出光束光参量积较大不易与单根光纤耦合的缺点;通过使微透镜的入瞳成像在光纤端面,且光纤束的排列与微透镜阵列排列相同,提高了光束与光纤束的耦合效率。     

多孔径光束积分激光匀束器理论与设计

分析了多孔径光束积分匀束器的基本原理和设计理论,分别设计了衍射型和成像型微透镜阵列激光匀束器,将高斯光束整形为平顶光束。光线追迹的结果表明,当微透镜阵列的菲涅尔数较大时,两种匀束器都能获得良好的匀束效果,而成像型能比前者提供更好的光束均匀性和边缘坡度。此外,入射光的准直性能会影响匀束效果,当入射光发散角较大,超过微透镜数值孔径时会导致像面光斑出现明显旁瓣,无法实现正常的匀化。     

面向定向能应用的光纤激光谱组束系统设计

针对定向能激光武器系统对结构紧凑的高功率、高质量光纤激光源的需求,提出了一种新颖的基于凹面光栅的光纤激光谱组束方案。该系统可将组束激光直接聚焦到目标点,且可以根据目标点位置的不同,通过对各组束阵元输出端位置的实时调整,实现对目标的灵活跟踪。分析了基于凹面光栅光纤激光谱组束系统的工作原理,设计了用于组束的闪耀光栅结构的凹面光栅,阐述了系统实现目标跟踪的原理。根据目标点位置的不同,通过调整系统状态,可使该系统适应不同目标距离的应用需求,非常适于激光定向能系统应用。     

激光相干合成的研究进展:2011—2020

本文回顾了过去10年激光相干合成领域取得的重要进展,总结了可合成激光模块性能提升的标志性成果,梳理了相干合成使能技术取得的重要突破,展示了不同类型激光相干合成取得的成果及其多样化应用,并对激光相干合成领域的发展进行了展望。     

线阵光纤激光相干合成角度扫描控制方法研究

基于光的干涉理论,对多芯线阵光纤激光通过相干合成进行角度扫描的原理进行了研究。利用相干合成模型,用MATLAB分别对信号无噪声与含有随机相位噪声时的合成效果进行了数值仿真计算,分析了通过主动相位控制对合成光进行角度扫描的可行性;基于MOPA结构光纤激光线列搭建了相干合成角度扫描控制系统。通过实验验证了在多路光纤激光完成锁相后,若依次等比改变各芯激光的相位可以实现主极大条纹连续的角度扫描,扫描范围与模型中计算所得结果基本一致,实验结果与理论计算相符。该方法的探索研究对线列光纤激光的相干合成应用拓展有一定的指导意义。     

高功率光纤激光器及其在战术激光武器中的应用

作为目前世界上最先进的固体激光器——光纤激光器具有无以伦比的独特优势,它已广泛应用于战术激光武器。本文评述和分析了高功率光纤激光器的特点、最新进展,光束合成技术和光学相控阵,以及它们在战术激光武器中的应用。Abstract：     

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。     

时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的应用研究进展

随着高功率超快光纤激光器的迅速发展,时分复制脉冲放大技术近年来获得了广泛的关注。时分复制脉冲放大技术可以通过双折射晶体组或自由空间时延来实现。将时分复制脉冲技放大技术与啁啾脉冲放大、空间分束和光子晶体光纤放大等技术相结合,运用于相干光束合成和非线性压缩,可以提升超快光纤激光器的脉冲能量和峰值功率。文中对时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的最新研究进展进行了详细综述,重点分析了时分复制脉冲放大技术在相干光束合成应用中的不同系统结构,并对时分复制脉冲放大技术的优化和发展方向进行了展望。     

Mutual Injection-Locking and Coherent Combining of Two Individual Fiber Lasers

In this paper, mutual injection-locking and coherent combining are demonstrated with two individual erbium-doped fiber lasers that were coupled by two fiber splitters. Mutual injection-locking theory of two lasers is analyzed. In the free-running state, the far-field beam profile is a simple intensity superposition, as expected of two incoherent beams. Under mutual injection-locking, interference fringes with high contrast ratio are obtained, and the two fiber lasers lase at the same wavelength with a stable output power. We have found that the two fiber lasers are always in out-of-phase mode, which is consistent with theoretical analysis. Coherent beam combining by mutual injection-locking is realized without the need for length or amplitude control. This method can be easily scaled to combine more beams.     

孔径填充——光纤激光阵列相干合成中的关键技术

光纤激光相干合成能够获得高功率、高光束质量的光束输出。目前国内对于相干合成技术的研究集中于各路激光的相位控制,即光束如何相干。而相干光束的合成,即如何提高相干激光阵列的填充因子,作为影响相干合成光束质量的一个重要因素,则较少受到关注。为了保证相干合成激光的光束质量,需辅以相应的孔径填充技术尽可能增大激光阵列的填充因子。跟踪国外近年来发展的孔径填充技术,如幅相转换、自成像波导、光束整形、衍射光学法、光束截断法等,并对每一种技术加以分析和评判。结果表明,光束截断法不需要复杂的光学设计,实施起来最为简单有效,有可能最终用于多路大功率光纤激光的合成。     

多模光纤激光靶面辐照匀滑特性研究

研究了基于光纤放大网络的激光惯性约束核聚变的靶面光场的均匀特性,采用透镜阵列匀滑多束多模光纤激光器集束后的光场,设计了合适的透镜阵列并进行相应的实验,获得聚焦后靶面处的极小光斑,其靶面光场顶部区域RMS(Root Mean Square)低于5%。同时实验上研究了靶面位置和集束激光器数目对匀滑效果的影响,合适的靶面位置和增加集束激光器数目能明显的改善匀滑效果。