基于Zynq的TDLAS激光器温度控制系统研究

针对使用TDLAS技术检测CO_(2)气体,本文设计了基于Zynq的激光器温控系统。系统选用XILINX-7000系列XC7Z020芯片作为主控单元,利用其独特的PS(Processing System)和PL(Programmable Logic)架构,使用PS端的FPU(floating point unit)进行浮点数据运算,通过Block RAM共享片内数据缓存,使得PL端可以直接获取PS端数据并进行高速PID运算。主控单元通过驱动AD7124-4芯片获得激光器的实时运行温度,将实际温度与目标温度进行高速PID运算后得到TEC驱动信号,改变TEC芯片LT8722的输出电压值,实现对激光器温度的动态调节。经过实际测试,该系统可以稳定、高速的对激光器进行温度控制,控温精度可达到±0.01℃。

808nm和980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

为提高半导体激光器输出光功率,可将多个半导体激光器输出光束耦合成一束激光直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体激光源的亮度及光束质量。本文采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出。介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计了耦合器件,并自行设计光学系统对光束进行扩束聚焦。实验将808 nm和980 nm两半导体激光迭阵光束通过上述技术进行合束,最终实现了更高功率输出,耦合效率达70%,光斑大小为3 mm×3 mm,可满足将半导体激光器直接应用于熔覆、焊接等场合的要求。

高功率高亮度半导体激光器件

由于半导体激光器在光电转换效率、输出功率、使用寿命等方面的优势,广泛应用于军事领域。为提高输出功率,将两束同一波长不同偏振态的激光束耦合以获得更高功率输出,是目前国际研究的热点之一。进行国内连续808nm两半导体激光迭阵耦合实验。采用自行设计光学系统对光束进行扩束聚焦,可耦合输出光斑2mm×2mm,总体输出效率大于50%。国内没有对迭阵进行耦合实验的报道。为达到耦合器件的输出效率自行设计耦合选择器的镀膜材料体系,并将此研究应用于光电对抗实验中。

808nm大功率半导体激光迭阵偏振耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的应用越来越多,单个迭阵输出的光功率密度已经不能满足实际的需求,这就需要将多个半导体激光迭阵的光束耦合成为一个共同的光束,以提高输出功率和亮度。所以采用怎样的光束耦合技术能实现高亮度、高质量的激光输出就成了一个关键性的问题。对于该技术的研究,国内还没有实验方面的报道。主要介绍了大功率半导体激光器偏振耦合原理、实验的技术路线,以及对808 nm半导体激光迭阵进行耦合实验的结果及分析。对2个bar、功率为40 W/bar的808 nm连续半导体激光迭阵,实现偏振耦合的总效率超过90%,聚焦得直径为3 mm光斑,输出功率达到134 W,总体效率超过84%。对7个bar、峰值功率100 W/ba、r占空比20%的808 nm准连续半导体激光迭阵进行了偏振耦合,其效率达到67%,得到4.5 mm×4.5 mm的光斑。

808nm准连续半导体激光迭阵偏振耦合技术

利用激光偏振原理将两束同一波长不同偏振态的激光束耦合以获得更高功率输出,是目前国际研究的热点之一。通过激光偏振及偏振转换元件的理论分析,给出了偏振耦合技术的实验原理、装置及关键技术,并通过实验将20%占空比准连续808 nm两半导体激光迭阵进行耦合。自行设计光学系统对光束进行扩束、聚焦,实现输出光斑2 mm×2 mm,效率达60%。

基于ART-Kriging的TDLAS燃烧二维场检测技术

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术由于其灵活和高效的特性成为当前燃烧场研究的主要方法之一。传统的成像算法采用修正型代数迭代法(ART)对二维场进行求解,然而有限数量的探测光束使得ART算法的求解精度受限,难以满足实际应用需求。对此,本文在ART算法的基础上,提出一种ART-Kriging燃烧场二维建模算法,有效地解决了TDLAS-ART技术在燃烧场监控时精度较差的问题。通过实验对该算法进行了验证后,结果表明,本算法在温度场的求解上较ART算法分辨精度有显著提升,与热电偶实测温度结果误差小于8%,结果表明了算法的有效性。

大功率半导体激光光源光束整形技术研究

光束质量是半导体激光器应用的最大瓶颈,但是可以利用光束整形技术加以改善。随着半导体激光合束技术的发展,半导体激光光束质量的提高,由于其在效率方面的优势,大功率半导体激光技术得到迅速发展。采用连续输出60 W,转换效率达到57%的880 nm大功率半导体激光bar条,组成20层的半导体激光叠阵,输出功率达到1183 W,通过快慢轴准直及光束整形提高激光器的光束质量,最终实现1 kW功率输出,电-光转换效率超过45.8%,光束质量达到79.3 mm.mrad×81.2 mm.mrad。从而使半导体激光器可直接应用于熔覆、表面硬化等领域。

半导体激光线阵弯曲矫正方法的理论分析与实验

半导体激光线阵(LDB)在制作和封装过程中会发生弯曲,从而引起发光弯曲,即"smile",这影响其在抽运固体激光和外腔半导体激光阵列线宽窄化中的使用.利用平凸柱面镜在一定程度上可矫正半导体激光线阵的"smile".通过几何光学方法对平凸柱面镜矫正半导体激光线阵的"smile"进行理论分析,利用不同焦距平凸柱面镜对不同半导体激光线阵的"smile"进行矫正,并通过ORIGIN软件对"smile"的矫正进行模拟,其结果与实验相吻合.结果显示,抛物线状"smile"矫正效果很好,相对矫正量高达90%,选择合适小焦距平凸柱面镜对"smile"矫正较明显且模拟误差小,修正透镜焦距参数可减小误差.