高倍聚光模组系统研究与设计

聚光系统的聚光效率和能量均匀性直接影响单位模组的发电效率。本文研究设计出高倍聚光模组系统,该系统主要包括菲涅耳透镜和球冠平顶微棱镜。采用中心波长修正法进行菲涅耳透镜的设计,并通过Zemax仿真模拟设计出球冠平顶微棱镜。最后通过Zemax模拟,决定选取两侧面夹角α的角度为117°,平顶到球面的间隔g为0.2 mm,球冠平顶微棱镜的曲率半径R为10 mm。聚光系统整体的聚光效率达99.8%,能量均匀度为0.812,并进行实验验证,得出实际聚光效率为83.1%。     

基于曲面空间合束的多单管半导体激光光纤耦合

随着单管半导体激光器光纤耦合技术的不断发展,为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率,本文采用曲面空间排列方式对多个单管半导体激光器进行合束研究,使更多数量的单管半导体激光器耦合进入同一光纤中,获得更高的输出功率。文中利用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟,将34只波长为975 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器合束聚焦后耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中,获得耦合效率91.76%、输出功率312.03 W的激光系统。实验中,将17只单管半导体激光器耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中,在10.5 A的驱动电流下,输出功率为100.5 W,系统耦合效率为68.46%。     

光纤激光器故障模式分析

为满足实际工程、生产应用中专业及非专业人员对故障光纤激光器快速修理、修复的需要,研究了一种能够实现快速故障模式及故障原因分析系统。首先,采集实际使用与实验中损坏激光器的故障模式与故障原因记录为数据样本。接着,利用故障树与故障模式影响及危害性分析模型建立光纤激光器扩展故障树,即构建起故障模式与故障原因的对应关系。然后,利用贝叶斯网络分析并得出各故障模式与故障原因的先验概率与后验概率计算方法,再使用Python语言编写交互式窗口,并完成对数据库数据的调用与相应概率计算。最后,通过交互式界面输出当前故障对应的可能故障原因及发生概率,从而实现对光纤激光器故障的快速分析。程序模拟耗时小于1 s,模拟结果与统计结果相吻合,基本满足指导相关人员对故障快速排查并修理的要求。     

全光纤调Q激光器腔内脉宽压缩技术

为了压缩MOPA全光纤调Q激光器脉冲宽度,对谐振腔基本参数进行了研究。首先,根据速率方程理论推导出脉冲宽度的表达式,通过数值解建立表达式参数与脉冲宽度的关系。然后,分析增益光纤长度、腔镜输出透过率、Q开关性能等谐振腔基本参数对全光纤调Q种子源输出脉冲宽度的影响并通过实验来逐一验证结果。最后,通过优化的参数搭建全光纤调Q激光器,在重复频率为20 kHz时,得到脉冲宽度为54 ns、平均功率为0.86 W的种子激光输出。在重复频率为100 kHz时,对脉宽142 ns、平均功率为1.66 W的种子光进行预放大和功率主放大,最终得到平均功率120 W、脉宽180 ns、光谱宽度为0.67 nm的稳定脉冲激光输出。通过提升AOM性能、减小增益光纤长度等参数优化方式构建调Q光纤激光器,能有效压缩谐振腔内脉冲宽度。     

遗传算法在变焦曲线优化中的应用

由于变焦系统的凸轮曲线对变焦过程中像面的稳定、操作的灵活性都有重要影响,因此变焦曲线的优化设计有着重要的意义。首次采用遗传算法对机械补偿类型的变焦曲线进行了优化设计,并给出了实例。这样得到的曲线比传统的让变倍组作线性移动得到的曲线要明显平滑,证明了遗传算法用于变焦曲线优化设计的可行性和有效性。     

基于外腔反馈二极管线阵列的smile效应测量方法

采用外建激光谐振腔,在低于原芯片阈值的电流激励下对LDA的每个发光点进行单独测量,从而分析整个半导体激光阵列(LDA)的smile效应。实验中利用镀膜反射率大于半导体前腔面的外腔镜形成外腔半导体激光器。在外腔中插入曲面平行于p-n结的柱面镜,使只在光轴上的发光点与外腔镜形成外腔激光器,降低该发光点的激光阈值,从而使其在正常的阈值以下的电流激励下输出激光,在平行于p-n结的方向移动柱面镜,可以逐个对半导体激光器中的发光点进行选择测量,从而获得LDA smile效应的测量值。测量中的低电流激励产生的热量对芯片寿命没有影响,对LDA的发光点的单个测量也避免了其他发光点对CCD的影响。     

A High-Energy Good-Beam-Quality Krypton-Lamp-Pumped Nd：YAG Solid-State Laser with One Pump Cavity

We investigate a high-energy good-beam-quality krypton-lamp-pumped pulsed Nd： YA G solid-state laser with one pump cavity. The symmetrical resonator laser is developed and is rated at 80 J with beam parameter product 12mm mrad. The total system electro-optics efficiency of the lamp-pumped YAG laser is as high as 3.3% and the stability of output energy is ±2% with pulse width tunable between 0.1 ms and 10ms. The experimental results are consistent with the theoretical analysis and simulation.     

小半径弯曲条件下传能光纤传输效率研究

利用光线理论分析弯曲光纤模型中的包层光线传输特性,结合半导体激光模块传能尾纤弯曲实验表明,由于光纤弯曲有效数值孔径减小而进入包层的光线并未完全被耗散,当光纤弯曲部分长度较短时,部分未耗散掉的包层光在进入直光纤部分后仍可重新回到纤芯中进而长距离传输作为有用光输出。该结论表明弯曲光纤的传输效率由弯曲半径和弯曲光纤长度共同决定,即在光纤弯曲半径远小于传统理论临界半径的情况下,合理控制传能光纤弯曲部分的长度,仍可获得较高的传输效率。     

动摄像机和动目标跟踪模式下的目标检测新方法

动摄像机和动目标跟踪是图像分析中的一个难点。根据应用光学知识和坐标变换理论,提出了映射变换差分方法(mappingtransformationdifferentialmethod,MTDM)。该方法首先利用映射变换将动摄像机和动目标模式下的目标检测问题转化为技术比较成熟的静摄像机和动目标模式下的目标检测,然后利用图像差分方法检测出被跟踪目标。实验结果表明:MTDM方法在复杂天空背景下能有效地抑制背景噪声,能准确地检测出被跟踪目标。     

高亮度锥形半导体激光器

介绍了由双量子阱非对称波导结构外延片刻蚀成的带有脊形波导结构的锥形半导体激光器。该激光器有效抑制了p型区域对激光的影响,减小了半导体激光快轴方向的发散角,同时采用脊形结构和锥形结构的组合获得了高亮度激光。实验中,在电流7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W的激光输出。测得慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad。