大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术

利用阶梯反射镜整形技术和偏振合束及波长合束技术成功将两只波长为808nm和两只波长为980nm的40W大功率半导体激光器光束进行混合,最后得到输出功率为95.8W、耦合效率为60%的双波长大功率半导体激光列阵单光纤耦合模块,光纤芯径为400μm,数值孔径为0.22.

外腔锁相二极管激光列阵超模的阈值分析

利用耦合矩阵本征值求得了外腔锁相二极管激光列阵的各阶超模所应满足的阈值条件 ,研究了激光器前端面剩余反射和外腔长度对各阶超模阈值增益的影响。在无剩余反射的理想情况下 ,阈值增益曲线随外腔长度变化缓慢 ,从而可以通过选择外腔长度使DLA稳定运行在最高阶或最低阶超模 ;在有剩余反射时 。

半导体激光列阵慢轴准直和聚焦特性

采用2块柱面透镜组成的望远镜系统对一个输出功率300 W的大功率半导体激光堆栈慢轴进行准直和聚焦,此堆栈由5个输出功率为60 W的列阵堆叠组成,中心波长808 nm.测量了由不同焦距的柱面透镜组合的光路聚焦后的腰斑直径,比较了柱面透镜的面型参数对腰斑直径的影响.使用Zemax软件模拟了光路,分析了系统的像差.在准直镜焦距f1=200 mm,聚焦镜焦距f2=100 mm时,光斑功率密度为3.05 kW/cm2.在316L不锈钢的辐照实验中,材料表面出现蒸发沟槽,熔化区深宽比约为0.5.

三种不同端面光纤列阵和半导体激光列阵耦合的(数值)模拟

半导体激光列阵的输出光束有较大的发散角和较强的不对称性,极大地限制了其在各领域中的应用。为了改善半导体激光列阵输出光束的质量,必须采用特殊的光学系统进行光束整形。一种简单有效的方法是利用光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换。对三种特殊制备的光纤列阵和半导体激光列阵的耦合特性进行了数值模拟研究。结果显示,相对于球形端面光纤列阵和锥形端面光纤列阵,球顶锥形端面光纤列阵和半导体激光列阵有着更高的耦合效率 (90%以上 )。此外,利用球顶锥形端面光纤列阵还可以进一步压缩输出光束的发散角,从而获得更高质量的输出光束。

外腔锁相宽发光区二极管激光列阵研究

利用简单的外腔，实现了具有宽发光区的商用半导体二极管激光列阵（DLA）的外腔锁相。光谱测量表明，DLA的谱宽由自由运行时的1．9nm压缩到了0．16nm，峰值波长由803．8nm调整到805．5nm；实测远场光瓣间角距等于1．6mrad，即波长与发光单元间距之比，表明列阵运行在基超模（或最高阶超模）；峰谷结构调制度大于0．8。观察表明，外腔长度在1／10～1／6泰伯距离内变化时，锁相均能实现。实验事实表明锁相是交叉注人锁定的结果。利用半导体激光注人锁定理论，定性分析了外腔DLA由自由振荡向锁相过渡的过程，预言了锁相场波长应出现在自由运行DLA光谱长波端，实验也证实了这一事实。

半导体激光列阵关键技术及军事应用

从制备半导体激光列阵入手,讨论了其关键工艺技术,详细分析每一步关键工艺技术中影响半导体激光列阵性能的因素。并介绍了半导体激光列阵的军事应用。

预失真半导体激光列阵技术

相干半导体激光列阵体积小、重量轻,输出能量密度高,非常适于用作对光源尺寸要求苛刻的航天激光光源。为避免随航天器在轨运行的半导体列阵经受变化梯度剧烈的恒星、行星、空间低温热沉的交替加热和冷却的影响,以便能够正常工作,采用潜望式结构设计,将列阵置于舱内,列阵向航天器外输出激光必须经由舱外输出反射镜完成。然而,舱外输出反射镜受周围热环境影响和列阵输出激光束照射,会产生随机热变形,导致输出舱外的激光能量发散;并且,舱外输出反射镜面热变形导致镜面法向偏转,使得输出光束产生较大的指向偏转误差,这极大地降低了能够作用于目标之上的激光束的能量密度,严重恶化输出舱外的光束质量。通过理论推导结合ANSYS有限元分析软件和相关实验,在研究清楚相干半导体激光列阵作为航天激光源的构造、其光场与周围热环境共同作用于舱外输出反射镜的规律与特点后,给出了航天预失真半导体激光列阵激光源技术,通过回波法适时测量舱外输出反射镜引起的波前畸变,处理器配合D/A和高压放大器,驱动驱动器,使舱内添加的反射镜预失真成形,适时使列阵输出产生预失真波前畸变,以抵消舱外输出反射镜的热变形对输出舱外的激光束的影响。相关系统运行实验结果显示,此技术使半导体激光列阵能够适应宇航环境,向舱外输出保障质量的激光束。

超大功率二维半导体激光列阵并路自适应稳模技术

半导体列阵量子效率高,输出波长范围涵盖570～1600nm,工作寿命可达数百万小时,叠层列阵可提供超高功率激光输出,在工业、医学等很多领域具有非常广阔的应用前景。但列阵在自由运行时,各发光单元发出的光是不相干的,输出质量差,采用1/4Talbot外腔镜耦合技术,列阵实现了空间锁相最高阶超模,然而唯有基超模远场分布是中心单瓣结构,输出接近衍射极限。为得到最小谱宽、最小发散角、最大功率密度输出,必须将外腔镜倾斜β=λ/2d(λ为工作波长,d为列阵周期),这使得仅有基超模光能成像于发光单元内而被允许振荡。应用此技术于超大功率二维半导体列阵相干锁相时,尽管冷却子系统保障了持续出光,但一段时间后,残余热效应等将导致外腔镜发生随机形变,使β漂移超过阈值使基超模失配,非基超模振荡使远场为非中心单瓣结构,极大地恶化了输出质量。可见,必须适时补偿β漂移,为此,在列阵超模选择稳定性分析基础上,研发了并路自适应稳模技术,并由置于特定结构中的传感探测光源、微透镜等构成的传感探测子系统、补偿子系统实现。试验结果显示,β漂移被及时感知补偿,基超模光稳定占优地成像于发光单元内,使输出光质量高,列阵性能被有效增进,在满足有高品质需求的应用上意义重大。

高集成度激光列阵的外腔工作参数稳定技术

匹配高系统集成度的半导体二极管激光列阵(DLA)多发光单元特性的高系统集成度外腔工作参数稳定技术,通过拾取外腔形变传感器的响应等运行状态监控参数,经映射处理等处理后,获取控制参数,适时调整基超模运行所需腔体参数等,反馈控制,使DLA稳定运行于基超模。求得系统控制参数与外腔等参数之间的关系,以及建立相应鲁棒控制模型,是随DLA及其应用具体需求设计控制系统的指导基础,实验表明,基于此优化设计的高密外腔形变传感控制系统,可精细传感控制外腔形变,稳定外腔工作参数,改善高集成度激光列阵系统稳定运行于基超模可用性和系统可靠性。

半导体激光列阵的高功率高亮度光纤耦合技术

设计了一种可同时实现高功率和高亮度激光输出的简单有效的光纤耦合技术。首先借助光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换,从而有效提高半导体激光列阵输出光束的对称性;然后通过微透镜将光纤列阵输出的圆对称光束耦合进入一根较细的光纤,以进一步压缩光斑直径并提高光束亮度。基于几何光学的理论分析表明;在合适的参数条件下,直径为1.3 mm的光纤列阵输出光束与直径为0.4 mm的单根光纤的耦合效率可达90%以上,即在功率损耗低于10%情况下,激光束的亮度提高了近9倍。

高功率半导体激光列阵芯片测试表征与仿真优化

针对高功率半导体激光芯片工作温度升高易引起芯片性能退化和失效问题,首先理论分析了工作温度对内量子效率的影响机理。其次,为量化温度影响芯片稳定性的主要因素,自主搭建高功率半导体激光列阵芯片测试系统,研究15~60℃半导体激光列阵芯片的温度特性,分析了5种能量损耗分布及其随温度的变化趋势。实验结果表明,当温度由15℃升高至60℃,载流子泄漏损耗占比由2.30%急剧上升至11.36%,是造成半导体激光芯片在高温下电光转换效率降低的主要因素。最后进行了外延结构的仿真优化,仿真结果表明,提高波导层Al组分至20%,能有效限制载流子泄漏,平衡Al组分增加带来的串联电阻增大问题,可以获得高效率输出。该研究对高温下半导体激光芯片的设计具有重要的指导意义。

外腔锁相二极管激光列阵的超模

利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下,解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布,并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布,具体为:当列阵运行于基超模时,近场各个单元间的光场同相,在远场中心位置出现光强主极大;而在其它高阶模式,近场各个单元间光场不同相,远场光强主极大出现在中心位置两侧;远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。

非接触式激光列阵自动立靶总体精度分析计算

本文论述了非接触式激光列阵自动立靶的基本工作原理,并根据实际战术技术性能指标要求,对其总体精度进行了详细地分析和计算。

微芯片激光器和激光列阵

微芯片激光器和激光列阵微芯片激光器是小型的、坚固的、紧凑的、高性能的、二极管泵浦的固态激光器。用成本较低的二极管激光器作为激励源来泵浦约ｌ～３ｍｍ‘的固态激光芯片，将二极管激光器差的空间和光谱输出模式转换成较长波长上的纯净的光谱和空间模式以获得低噪声...

50W半导体激光列阵单光纤耦合模块

利用阶梯反射镜整形技术分别对两个功率为40W的半导体激光器光束进行镜面分割,旋转重排后使用偏振分光棱镜(PBS)进行合束,最后得到功率为55.8W、耦合效率约为70%的半导体激光列阵(LDA)单光纤耦合模块,光纤芯径为Φ400μm,数值孔径(NA)为0.22。经过连续100h的正常拷机后,功率稳定。

锁相激光列阵的自成像补偿法孔径装填

锁相激光列阵产生多旁瓣的远场衍射花斑,本文提出了用列阵的Talbot衍射自成像转化为等幅相位分布的概念,并用相位补偿使旁瓣能量转移到主光瓣,实现了孔径装填.

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。

半导体激光器列阵的smile效应与封装技术

为了减小半导体激光器列阵在封装过程中引入热应力而产生的smile效应,提高半导体激光器列阵光束质量,利用对半导体激光器列阵发光点成像放大的方法,准确测量了半导体激光器列阵的smile效应,测量误差为±0.1μm。由于smile效应的准确测量能客观地比较减小smile效应的各种技术与方法,本文根据分析测量结果,提出了通过优化封装半导体激光器列阵焊接回流曲线的方法,使smile效应值控制在±0.5μm内。该方法减小了半导体激光器列阵的smile效应值,提高了激光器列阵光束质量,为下一步研制小芯径、高光束质量半导体激光器列阵光纤耦合模块提供了基础条件。

高亮度半导体激光阵列光纤耦合模块

利用2只915 nm半导体激光短列阵作为子模块,设计并研制出连续输出的高亮度光纤耦合模块。首先对每个半导体激光短列阵进行光束整形,从而提高它的光束质量;然后采用空间复用技术将这两个半导体激光短列阵出射的激光在光参数积小的方向上叠加,并利用偏振复用技术进一步提高光束质量;最后利用单片非球面透镜将激光聚焦到芯径为100μm、数值孔径为0.22的光纤中。测量结果显示:在工作电流为52.5A时,聚焦镜焦平面的光斑尺寸为105.4μm;耦合后测量光纤出光功率可达72.6 W,对应亮度为6.08 MW/(cm2.sr),模块的电光转换效率为42.2%。最后测量了模块在不同驱动电流时的光谱,证明该模块的散热性能良好。

高功率半导体激光器列阵光纤耦合模块

根据大功率半导体激光二极管列阵与光纤列阵耦合方式,分别从理论和实验两方面讨论、分析了大功率半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵耦合。将19根芯径均为200μm的光纤的端面分别熔融拉锥成具有相同直径的微球透镜,利用V形槽精密排列,排列周期等于激光二极管列阵各发光单元的周期。将微球透镜光纤列阵直接对准半导体激光二极管列阵的19个发光单元,精密调节两者之间的距离,使耦合输出功率达到最大。半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵直接耦合后,不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且实现30 W的高输出功率,最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径为0.16。