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。     

激光二极管阵列抽运高增益钕玻璃棒状放大器

宽带高增益钕玻璃放大器在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器研究中具有重要意义.对影响激光二极管阵列(LDA)抽运钕玻璃棒状放大器增益的各因素进行分析,确立了放大器的优化参量.建立了模拟环形LDA侧面抽运钕玻璃棒状放大器功率沉积过程的光线追迹模型,并开发相关程序.在模拟计算基础上,分别优化了LDA直接耦合抽运和LDA准直耦合抽运这两种构型的放大器参数.最后引入了指向误差分析,比较了这两种耦合方式的优劣,最终将放大器定为直接耦合抽运方式.按照优化后的结构加工了8.1 kW激光二极管抽运的2 mm钕玻璃放大器,放大器的荧光分布均匀,当抽运功率为7.7 kW时,得到了40倍的小信号增益,且放大器后增加偏振片时所测增益稳定性较好.     

半导体激光器光栅外腔光谱合束技术研究进展

半导体激光器由于受波导结构和芯片封装等因素的限制,其快慢轴方向上的光束质量差距较大,主要用作抽运源,即被当成亮度转换器使用,很难作为高亮度光源直接应用。介绍了提高输出光功率密度和输出光束质量的非相干合束技术——光栅外腔反馈光谱合束技术,以及近几年来的国内外的发展现状,梳理了半导体激光器外腔光谱合束技术发展的若干重要动向,为以后半导体激光器光谱合束技术的发展提供了参考。     

基于偏振折叠的光纤耦合实验研究

基于二极管激光器mini-bar的光纤耦合方式是一种降低耦合系统成本并提高整体转换效率的方法。提出一种偏振折叠的光束整形方式,并采用一种CW 50 W mini-bar进行了相关耦合系统的设计。针对mini-bar的特殊结构与散热需求,设计了针对mini-bar封装用的特种微通道冷却器,并通过封装实验结果验证设计有效。将10片封装在铜微通道冷却器上的CW 50W mini-bar组装成两列各5 bar的叠阵,实现了两列叠阵的激光束沿快轴方向的空间合成,合成后输出功率439 W,空间耦合效率97%。根据耦合系统的设计进行了400μm芯径、0.22 NA的光纤耦合实验,得到光纤输出端脉冲激光功率186.9 W,整体光光效率为52.2%。     

高功率793 nm半导体激光器

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求,研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构,降低了模式损耗,波导采用无铝的GaInP材料,结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化,研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A,在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块,耦合至100 μm NA.0.22光纤中,输出功率为40 W@7A,电-光效率为49.5%@40 W。     

340mJ全固态钠信标激光器

人造激光信标自适应光学系统,是提高大型天文望远镜成像分辨率的一项关键技术。高度约90km的钠信标是人造激光信标的一种理想选择。当前,基于连续工作体制的全固态钠信标激光器已发展至50 W平均功率,并已获得实际应用。但在"第二代"百微秒脉冲体制全固态钠信标激光器领     

高功率线阵半导体激光器光纤耦合实验研究

通过分析高功率线阵半导体激光器(DL)的激光输出特性,设计了一套光束变换装置,可将10 mm宽的线阵DL激光耦合进单根光纤中.变换过程如下:首先用微柱透镜对DL的快轴方向准直,然后利用微台阶反射镜,通过提高慢轴方向光束质量而降低快轴方向光束质量的方法,使得线阵DL两个方向的光束质量相近,从而可以汇聚成一接近圆形的光斑,再用聚焦透镜耦合进单根光纤中.在实验中实现了将输出功率为42 W的连续线阵DL的输出激光耦合进一根芯径为1 mm,数值孔径NA=0.38的光纤中,光纤输出激光功率为连续25 W,整个光束变换系统的耦合效率为59.5%.     

150 W级小芯径DL尾纤输出光源设计及实验研究

基于BTS(Beam Transmission System)整形器件,本文设计了一种针对mini-bar的光纤耦合输出系统,该系统突破了常规方法中mini-bar慢轴准直的焦距限制,可有效简化光束整形结构,提高光束整形效率。ZEMAX模拟和实验验证共同表明:该系统可将4个mini-bar耦合进入105 μm/NA 0.22的多模光纤,稳定输出功率达160 W,对应亮度为13.2 MW/(cm2·sr),电-光效率为42.0%。该系统为小芯径非单管DL光纤耦合模块的研制提供了一条可行途径。     

提高超大光腔波导结构半导体激光器功率效率的设计考虑

对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm^-1,内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。     

高功率二极管激光封装技术

高功率二极管抽运YLF系统采用近场注入、近场输出的离轴双程放大结构,激光头采用微透镜准直LD发出的抽运光,Lensduct汇聚抽运光,并利用匀束器改善抽运光的空间分布,达到对YLF均匀抽运. 对该系统进行了模拟计算,表明系统在注入能量为22 μJ时,输出为180 mJ,系统的净增益约为3000倍,光束畸变很小. 实验研究得知:对激光头单独研究表明,微透镜将LD快轴方向的抽运光由超过40°准直为10°以下,lensduct的耦合效率达到75%,其光-光转换效率为24%;系统的静态损耗为45%,系统的单通增益为9,净增益为3600倍,在注入能量为40 μJ时,输出能量为近150 mJ.(OC18)