基于折射棱镜的多波段激光合束方法

多波段激光合束技术在光电对抗领域的应用越来越受到重视,基于此提出了一种使用折射棱镜组的多波段激光合束方法,优选了牌号依次为H-ZLaF92、D-ZLaF85LS、H-ZBaF21的3种火石玻璃作为棱镜材料,通过对棱镜组的顶角值、入射角度以及位置关系的计算和仿真,设计了包含调整镜组、折射棱镜组、反射镜组和偏振滤光片的合束方案,同时利用将单一线性偏振激光束电矢量方向调整为平行于入射面的方法减小反射损耗。分析计算表明：在波长分别为550 nm、1060 nm、2000 nm情况下,入射角分别选择63.05°、61.35°、59.58°,3种材料的棱镜顶角值分别取51°、55°、60°;在光斑间距ΔX₁、ΔX₂分别为10 mm、20 mm的情况下,3种材料对应棱镜的远表面距离D、近表面距离d分别为289 mm、83.5 mm,366.4 mm、107.7 mm,381.6 mm、103.6 mm;在不进行光学镀膜的情况下,仅使用单一线性偏振光以布儒斯特角入射,也能够达到92.8%～97.6%的合束效率,与现有多波段合束技术相比,在成本方面有巨大的优势...     

半导体激光合束技术及应用

半导体激光的高效率、长寿命、小体积和轻量等优点使其具有广泛的应用前景。但受光束质量的限制,半导体激光很难作为直接光源应用在对功率、光束质量和亮度均有高要求的领域。国际上半导体激光合束技术的发展非常迅速,千瓦量级已接近并达到全固态激光器的水平。介绍和总结了该实验组近年来在大功率半导体激光合束方面的研究进展,包括采用常规激光合束技术和新型的光栅外腔光谱合束技术,百瓦量级实现了3~5mm.mrad光束质量输出,千瓦量级实现了光纤输出和直接输出光源,光束质量的提高使得半导体激光可作为直接光源应用于工业和国防领域,并将发挥重要作用。     

二极管激光光谱合束技术实验研究

为了研究基于光栅-外腔的二极管激光阵列光谱合束,利用存在离轴像差情况下耦合效率模型,数值模拟了系统各参量对耦合效率的影响,可知耦合效率随着离轴距离和横模阶次增加而下降;单个单元将被压窄至0.05nm。应用光栅-外腔实现了单条二极管激光阵列光谱合束,获得了10.1W的连续输出,斜效率为0.45W/A,慢轴方向光束质量因子Mx2=17.6,整个阵列的光谱被展宽到15nm,单个单元的线宽被压窄到0.1nm。结果表明,光谱合束能改善二极管激光阵列的光束质量,压窄单个单元的线宽。     

基于外腔光谱合束的650 nm半导体激光器EI北大核心CSCD

高功率650~660 nm波段激光器在可见光光电对抗领域具有重要作用,目前该波段光源由固体激光器通过半导体激光器泵浦并倍频输出,输出功率高、光束质量近衍射极限,但转换效率低。半导体激光器的转换效率高,但输出功率低,需要通过增加激光单元的方法提升功率,并通过激光合束的方式提升光束质量。文中提出外腔光谱合束的650 nm波段半导体激光器结构,通过实验验证可实现连续功率为7.3 W、光谱线宽为6.45 nm、电光转换效率为23.4%的650 nm波段激光输出,光束质量为M_(X)^(2)=1.95,M_(Y)^(2)=11.11,接近固体激光器,未来通过增加合束的激光单元数量并结合偏振合束可以获得更高功率的650 nm波段激光。     

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。     

可见光/近红外波段多波长皮秒激光研究

针对多波长皮秒激光覆盖谱段较窄、近红外波段激光较难生成等问题,基于受激拉曼散射效应,构建了一套实验系统,采用重频1 k Hz、波长532 nm皮秒激光泵浦KGd(WO4)2晶体,运用聚焦激光束泵浦、泵浦能量优化耦合等方法,实现了可见光、近红外波段多波长皮秒激光的生成,生成七阶斯托克斯光和六阶反斯托克斯光,覆盖谱段415~800 nm,输出总功率达到1.76 W.该研究成果可应用于新型皮秒激光源的研发方面.     

用于激光合束系统的光束位置监测装置设计

为了实现近场可见光波段、多路不同波长激光合束中位置误差监测,设计了一种光斑位置监测装置,该装置以缩束系统为基础对同指向激光束位置进行自动监测,在激光合束系统中与快速反射镜相配合,能有效提高合束系统的精度和合束效率。首先对监测装置光学系统进行了设计和仿真分析,使其实现缩束功能的同时减小色差对监测精度的影响。接着,根据设计要求选择了合适的光电探测器。然后,设计了镜筒并对装置的箱体进行有限元优化设计以减轻质量并防止产生共振,使其可以在复杂的环境中工作。最后,根据光斑的特性选择了合适的光斑中心定位算法。实验检测结果表明:缩束倍数达到了15.6倍,监测精度达到了0.1 mm。系统基本上可以使所有激光束成像在CCD上,且光斑能在CCD上成完全像,稳定性较好,精度高,满足使用要求。     

基于半导体激光合束技术的高效点火光源研究

随着半导体激光技术的快速发展,以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究,设计出一种单光纤双波长输出的光学结构,将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105μm,数值孔径(NA)为0.22的光纤中,获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 m W的1310 nm检测激光,其中高功率点火激光的耦合效率超过90%;通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形,与自由输出光束相比,整形后出射光斑发散角减小了,入射到点火药剂上的光功率密度增大了,点火效率提高了。实验结果表明,所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。     

用于油井激光射孔的10 kW激光19×1空间非相干合束

激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972 nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300 mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570 mm和70 mm。     

三波长合束高亮度半导体激光光源

半导体激光器以其突出的优点具有广泛的应用前景,但受光束质量限制,使其很难作为直接光源应用在对功率和光束质量均有较高要求的领域。采用斜45°柱透镜阵列光束整形技术、自偏振合束技术和三波长合束技术,将3种波长的8个半导体激光阵列合束,研制出一种连续功率为500 W、电光转换效率为39.5%、光参量积为12.44mm.mrad、亮度为42.8MW/(cm2.sr)的半导体激光光源,可作为直接光源应用于工业和国防等领域。     

激光束的相干合成技术

本文可实现激光束相干合成的一些有用的技术作了总结，对由Ｓｃｈｕｓｔｅｒ等人 掾联ＭＯＰＡ系统进行成对共线光束合成的功率定标模型作了分析，最后，对与位相控制概念有关的作了讨论。     

外腔振荡式光纤激光光谱合成系统

光谱合成技术是一种有效的突破单根光纤激光器输出极限,得到更高亮度的激光输出的方法。介绍了一种外腔振荡式单路光源的光纤激光光谱合成方案,相比于现行的主振荡功率放大（Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA）式单路光源的单光栅合成方案,具有结构紧凑、阵列规模扩展能力强的优点。对该方案进行建模,分析了合成系统中不同波长的单路激光光源的位置关系,并对系统中的光纤排布、转换透镜像差等因素对合成效果的影响进行了仿真计算。搭建实验系统进行了初步的实验验证,与理论结果能够吻合。对下一代光谱合成系统的构建以及光学元件的选择具有重要的指导意义。     

光纤激光器光束合成技术

介绍了光纤激光器光束合成的原理、方法,概述了激光束波长合成技术、相干合成技术的研究和发展状况,总结了光纤激光器合成技术的发展趋势.     

激光束整形用光学系统的设计

本文描述具有高斯分布激光束的整形光学系统设计,并介绍了一个使用氦氖激光器系统的例子.     

多频带的D波段毫米波通信

D波段是毫米波频段的一种,其频率范围在110~170 GHz。作为一种新的频段资源,它有着更高的载波频率,因此可以承受更大的带宽和传输速率,成为毫米波通信中的研究热点。本文首先对系统传输链路进行理论分析,然后基于光生毫米波系统产生了134.4 GHz的D波段毫米波,并考虑到实际应用中的多用户情况,通过直接调制器和IQ调制器产生了5个频带的D波段毫米波信号,对其传输性能进行了实验探究。验证了其传输性能和传输速率及传输距离之间的关系。     

非相干叠加激光发射系统光学设计

介绍了一种适用于三束激光非相干叠加聚焦的新型激光发射光学系统,工作波长1 080 nm,全视场角0.6。系统为离轴两镜反射结构,对三束紧密排列的激光光束进行扩束聚焦,系统主镜为口径303 mm的椭球面反射镜,系统像质接近衍射极限,并且可以通过控制次镜轴向位置调焦适应不同目标距离。计算了叠加后的激光光斑的功率密度分布和环围功率曲线,设计在目标距离1 000 m时叠加光斑半径9 mm内的环围功率大于95%,此激光发射系统结构简单,长径比小,聚焦质量满足使用需求,激光光斑能量得到有效叠加。     

新型激光多波束系统供能无人机集群方案研究

由于单无人机执行任务量有限、整体效率低,故而无人机集群运动以其稳定性好,执行任务多样性,易操作,易控制等特点受到越来越多的关注。在激光供能无人机集群中,针对无人机的机载能量限制了任务的范围和时长、传统供能方式仅能完成一对一供能导致供能效率较低等问题,本文提出了一种基于光学相控阵技术的新型激光多波束供能系统,包括整体的激光无线能量传输方案、系统工作的整体流程、基于领航跟随法的无人机集群编队控制等,此方案可完成一对多的自调节供能,满足整个无人机集群的能量需求,提高传能距离及传输效率,并通过对无人机集群进行算法控制精准到达预设供能区域。对未来激光无线能量传输应用的领域和方式具有参考价值。     

光纤激光谱合成改善光束质量的研究进展

光束质量是衡量激光性能的重要指标。鉴于当前谱合成光束质量的研究现状,本文归纳出3种改善光束质量的方法：窄线宽法,双光栅色散补偿法,抑制光栅热变形法。对于每一种方法,详细介绍了其设计思路;综述了该思路下光束质量改善所取得的进展。此外,本文还展示了我们团队研究光栅热变形、影响光束质量的理论和实验成果。该成果表明：在30 W激光辐照下,2 min内,M²从1.06增加到1.26。显示出谱合成的光束质量是一个动态变化过程。     

光纤激光及其相干合成光场的准确分析

为了准确地研究光纤激光及其相干合成光束的远场传输特性,采用将LP01模分解为许多不同拉盖尔-高斯模叠加的方法,分析了LP01模以及多个光纤激光相干合成光束的传输光场分布和光束质量,并与用高斯函数表示的光纤激光的光场进行了比较.分析中发现,基模高斯光束与LP01模的初始场分布基本相同,但传输后的光场分布会产生较大误差,在光纤激光相干合成光场的分析中两者间的差别也非常明显.结果表明,为更准确地分析光纤激光及其相干合成光束的传输特性,光纤激光的模场表达式应采用拉盖尔-高斯模的叠加式.