基于镜像分析的空心导管光束整形原理研究

基于镜像原理,对空心导管LD面阵光束整形的原理和输出光场的特点进行了分析,并对LD面阵光束经过空心导管后的光强分布进行了仿真.发现空心导管将LD不同角度范围的光束进行分割,并在出射面内叠加的光束整形原理.通过仿真得出由于发散角较大以及各分割角度范围光束角度不连续,使出射面上的平顶光束发生畸变,只适于泵浦薄激光介质的结论.

LD阵列封装误差对空心导管均匀性的影响

为了提高空心导管激光二极管(LD)抽运耦合系统的性能,采用理论分析和ZEMAX仿真模拟的方法研究了LD阵列封装误差对空心导管抽运耦合系统均匀性的影响。研究发现,当LD阵列中子光束经过空心导管后分割和叠加次数越多时,光束指向误差对空心导管的均匀性影响越小。在此基础上提出了空心导管LD抽运耦合系统的设计中对LD阵列光束准直的原则。结果表明,根据实际情况决定LD阵列中快慢轴方向准直后发散角的大小,以保证快慢轴方向的光束经过空心导管后能够有适当的反射和叠加次数,从而实现较高的耦合效率和抗LD阵列封装误差影响的能力。该研究可用于指导该类空心导管LD抽运耦合系统的设计。

叠阵巴条指向性对空心导管耦合系统的影响（英文）

在空心导管泵浦耦合系统中,测量了激光二极管叠阵中巴条的实际指向性,并带入仿真建模中,以便获得更准确、更优的模拟结果。与采用理想巴条指向性的模型模拟结果相比,耦合系统的耦合效率降低了11.2%。同时,带入实际指向性的模型模拟结果,具有更大的能量传输损耗和调制更深的泵浦光场分布,且该仿真模拟结果与实验结果相符。结果表明,在空心导管耦合系统设计中,带入实际巴条指向性模型是获得精确模拟结果的必要条件。

CO2激光标刻系统中用作扫描器件的空心玻璃波导管及卤化银光纤

我们设计并创建了一个以弯曲扫描型波导管为基础的CO2标刻系统（卤化银红外光纤或空心玻璃波导管）。CO2激光器放置在波导管的顶端，波导管的末端靠近样品表面。将一块永久性磁铁放置在波导管末端，磁铁应按x,y方向置放，使用可变化电磁场。用在线计算机系统来控制激光能量、末端位置以及扫描速度。该系统可用于对各种表面的切割、加热和标刻。本文还研究并比较了空心波导管和卤化银光纤的输出形状分布、斑点尺寸及分辨率等。

大面阵激光二极管阵列端面泵浦耦合技术

为了满足常温Yb:YAG激光放大器对泵浦功率密度的要求,设计了一种高缩束比的耦合系统。根据激光二极管(LD)的发光特性,将输出功率为80kW的LD阵列进行拟球面排列,采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合,耦合系统的面积缩束比高达86∶1。模拟计算表明,该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低,且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5mm后,依然可以保持泵浦光场的轮廓,满足端面泵浦的常温Yb:YAG片状放大器对泵浦耦合系统的要求。

大口径端泵片状放大器的泵浦耦合系统（英文）

为了满足片状激光放大器对泵浦功率密度的要求,设计并加工了高缩束比的耦合系统。根据LD的发光特性,将输出功率为80kW的LD阵列进行拟球面排列,采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合,将发光面积为330 mm×85mm的泵浦光,在输出口处压缩至18mm×18mm的口径,耦合系统的缩束比高达86∶1。模拟计算表明,该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低。实验测量该耦合系统的效率为84.2%,输出口处泵浦光场快慢轴的调制度分别为1.30和1.18,且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5mm后,依然可以保持泵浦光场的轮廓。该耦合系统在效率、泵浦场均匀性、传输性等方面均满足端面泵浦的片状放大器对泵浦耦合系统的要求。

基于衍射/反射光束整形系统的高密度泵浦源

利用二元光学元件微型化和对波面进行任意整形的特点,将二元光学衍射器件用于高功率激光二极管阵列光束的快、慢轴准直,并结合空心导管设计一种衍射/反射混合型光束整形系统,用于实现高密度、高均匀性LD泵浦源。应用时域有限差分法(FDTD)的严格矢量分析表明:所设计的二元光学准直器性能优良,准直后光束发散角在误差范围内接近衍射极限,慢轴方向衍射效率为82.21%,快轴方向为75.76%。模拟设计的结果表明:采用这种衍射/反射光束整形技术的高密度泵浦源能获得高功率密度和高均匀性的抽运光束,在空心导管出射端面附近光强起伏RMS<1%,并且在光束的准直性能和系统紧凑性方面优于传统整形方法。

空心透镜导管的模拟与设计

采用大口径、高功率激光二极管 (LD)阵列的大型全固化二极管抽运激光系统 (DPSSLs)能够产生高功率、大能量、高重复频率的优良激光。为了实现对介质的高效抽运 ,将空心透镜导管应用于大口径高功率激光二极管阵列耦合系统。基于三维光线追迹的数值计算方法 ,编制了LD纵向抽运耦合系统模拟软件 ,对空心透镜导管进行模拟与设计 ,使系统耦合效率超过 90 %的同时 ,增益介质表面抽运场具有良好的均匀性 ,实现了对介质的高效均匀抽运 ;同时通过改变空心透镜导管的参数进行模拟比较 ,得出了空心透镜导管设计的经验公式 。

LDA端泵浦固体激光器的新型耦合系统——圆锥形导管

报道了一种适用于面阵激光二极管阵列(LDA)的新型耦合系统———圆锥形导管,它利用折射原理压缩出射光束的发散角。在光线追迹的基础上给出了圆锥形导管的传输规律,并用计算机模拟得到了其具有良好的传输特性。结果表明,LDA出射的空间非连续分布的激光束通过圆锥形导管后,在近场可以得到近高斯形的场分布;圆锥形导管不仅具有结构简单和传输效率高的优点,而且较好地均衡了快慢轴2个方向上的光束质量,输出光束具有较小的发散角和光斑尺寸。

透镜导管的优化设计

针对透镜导管出射光线发散角较大的问题,对其结构进行了优化设计。用光线追迹的方法给出了透镜导管的传输规律,通过计算机模拟得到其最佳参数。结果表明,优化后的透镜导管较好地均衡了面阵激光二极管阵列(LDA)出射的快慢轴2个方向上不匹配的拉格朗日不变量,改善了其空间分布不连续的状况,近场输出为近高斯型的场分布,从透镜导管端面出射的激光束发散角为37°,传输效率高达90%。实验结果和理论分析吻合。

高效大功率激光二极管阵列端面抽运耦合系统

利用光线追迹法为12 kW激光二极管(LD)阵列抽运的Yb∶YAG激光器设计了一套空心导管型耦合系统并开展了耦合实验,以研究大功率LD阵列端面抽运结构的高效耦合技术及模拟设计方法。基于LD结构和发光特性,以高斯型微激射元为基本单位建立单条LD和LD阵列光源模型,设计了由透镜和镀银板构成的抽运光汇聚传输系统。实验结果表明,该耦合系统实现了对抽运光的高效耦合,且强度分布与模拟结果一致。该耦合系统传输损耗低,反射板的反射率为94%时耦合效率达92.3%;输出光束具有良好的传输性能,有效抽运区域接近理论值,且增益介质表面分布均匀,满足实验要求。