外腔锁相中二极管激光阵列发光单元间耦合系数分析

推导了外腔中二极管激光阵列各发光单元之间的耦合系数,结果表明:增加外腔长度有利于减小各阶耦合系数的差别和实现"并联耦合",但是外腔的作用效果下降;降低阵列前端面的反射系数,有利于实现外腔锁相;外腔锁相中并联耦合的单元数越多,激光二极管阵列前端面的反射系数的允许值越小。

808nm激光二极管阵列波长光束组合20W输出

基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将激光二极管阵列(LDA)发光单元锁定在不同的波长上,以近似平行光束沿光栅的-1级衍射方向组合输出,改善LDA输出光束质量。实验采用发光单元宽度为100μm、周期为500μm,由19个单元构成的1 cm普通商用LDA,在连续运行最大注入电流60.6 A时,自由运转输出功率49.8 W时,获得功率为20.1 W的组合光束稳定输出,其光谱宽度为15 nm,对应的远场发散角由约70 mrad变为1.66 mrad,改善后光束质量因子约为32,其值与单个发光单元的光束质量相当。

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。

二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度α的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装,明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。

大口径高功率激光二极管阵列端面泵浦技术研究

采用大口径、高功率激光二极管阵列的大型全固化二极管泵浦激光系统能够产生高功率、大能量、高重复频率和高光束质量的激光。为了实现对介质的高效泵浦,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3维光线追迹的数值计算方法,编制了LD纵向泵浦耦合系统模拟软件,对空心透镜导管进行模拟与设计,将发光面积超过100 cm2、功率达48 kW的二极管阵列发出的泵浦光,耦合到面积仅4cm2 的Nd:YLF中,在系统耦合效率超过70%的同时,增益介质表面泵浦场具有良好的均匀性。

二极管激光器阵列封装工艺对smile效应影响因素分析

Smile效应是限制二极管激光器阵列应用的一个重要因素。研究了激光器封装工艺对smile效应的影响,研究结果表明,造成smile效应的因素主要有两个:一是焊接过程中芯片的焊接压力不均匀;二是芯片与热沉的热膨胀系数不匹配。使用低膨胀系数的压条可以改善焊接过程中芯片压力的均匀性,而增大焊料凝固过程中的降温速率可以降低芯片与热沉的收缩量的差距,这两种方法都有利于改善smile效应。最后通过实验结果证明了以上方法在实际操作中是可行有效的。

高功率环形激光二极管阵列重复脉冲抽运激光器中棒的瞬态温度分布

采用光线追迹方法和有限元方法,对高功率环形激光二极管阵列(LDA)重复脉冲抽运Nd:YAG激光器中,棒的瞬态温度分布进行了详细的计算模拟,分析比较了不同抽运阶段、抽运频率及占空比的情况下棒内的瞬态温度分布。结果表明:高功率环形LDA重复脉冲抽运时,棒中心处温度随时间变化成锯齿形分布,棒内温度随抽运频率和占空比的增大而增大,最后温度随时间成周期性变化。

波长啁啾体布拉格光栅外腔实现激光二极管阵列的波长光束组合

采用波长啁啾体布拉格光栅外腔,利用多波长光束组合技术成功实现了由49个发光单元构成、阵列发光单元宽度为100μm、填充因子为0.5的标准1 cm阵列的输出光的光束组合连续工作时,实验获得组合输出光束平均功率为11.2 W的近圆形光斑输出,其快慢轴方向光束质量平方因子约为6,最大工作电流对应的组合效率约为30%。通过进一步实验验证其最大工作电流时组合效率可达64%,并对其技术优势和应用前景做了讨论。

一种用于大功率激光二极管阵列的温度控制电路

针对温度变化对于激光二极管阵列工作稳定性及出光波长的影响,提出一种基于TEC和PID算法的温度控制方案。利用单片机ATmega8以及PWM控制的优点,设计了温控电路,然后通过PID算法实现了激光二极管阵列工作温度的精确控制。实验结果表明,该温控电路可以使温度控制精度达到±0.2℃,能保证激光二极管阵列稳定工作。

不完全匹配吸收方法测试激光二极管阵列寿命

在激光二极管阵列泵浦高可靠固体激光器的研制和应用中,激光二极管阵列的寿命至关重要。通过搭建不完全匹配吸收固体激光寿命实时监测系统,实现了800nm激光二极管阵列的寿命测试。实验对固体激光系统输出能量的下降率、激光二极管阵列损毁程度以及激光二极管阵列的功率下降率进行比较分析,同时对比讨论了同批次阵列在常规测试条件下的寿命测试结果。结果表明:该固体激光系统在1.03×108个脉冲输出后激光二极管阵列的老化效果与同批阵列常规测试下在1.52×108脉冲输出后的老化效果相当,验证了该系统用于评价激光二极管阵列寿命的可行性。最后,基于半导体激光器的退化机理,结合光线追迹软件的模拟结果,讨论了不完全匹配吸收方法在寿命测试过程中的加速作用。

采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量

基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上,相邻单元的出射光波长有微小的差异。从外腔耦合镜输出近似平行的光束,其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。实验中采用发光单元宽度为100μm、填充因子为0.5、由49个单元构成的1 cm阵列获得功率为2.39 W的输出光束,其光谱宽度为27 nm,远场光斑的直径为0.08 mm,对应的远场发散角为1.2 mrad,其光束质量因子约为28,与单个发光单元的光束质量相当。

提高二极管激光阵列外腔锁相效率的实验研究

采用1/4 Talbot外腔实现宽条二极管激光阵列的锁相,在工作电流是35 A时,获得7.56 W的锁相输出功率,输出光束的远场图像是多瓣结构,锁相前后输出光的光谱宽度从2.0 nm压缩到0.2 nm。腔内插入焦距大约为5倍腔长的柱透镜,在相同电流下获得8.75 W的锁相输出功率,输出光的远场图像是多瓣结构,输出超模的数目有所减少,能量向中部集中,输出光的光谱宽度是0.2 nm。

高功率二极管激光阵列输出光谱特性的改善

采用体布拉格光栅(VBG)外腔来压窄并稳定二极管激光阵列(DLA)输出光束的频谱。实验结果表明:在VBG波长锁定前后,DLA输出光束的光谱宽度由1.7 nm减小到0.4 nm,压窄的光谱不随注入电流的增大发生明显变化,不随热沉的温度升高而明显漂移。VBG波长锁定后在注入电流为35 A时,输出功率为15.12 W,功率损耗约2%。

拟柱面激光二极管阵列端面泵浦方式提高固体激光器性能

就高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器提出一种新的耦合方式:激光二极管阵列拟柱面排布,即所有激光二极管面阵成1维圆弧型排列,圆弧的圆心在增益介质的几何中心,其后紧接一个空心导管进行耦合传输。建立了3维光线追迹程序对这种新耦合方式的特性进行模拟。模拟计算结果表明:这种耦合方式中二极管阵列排布方式灵活,当二极管阵列面阵单元以1×12(圆弧方向)、2×6(圆弧方向)、3×4(圆弧方向)这3种排布方式排布时,在较大的圆半径变化范围内均能实现高的输出耦合效率和高的能量沉积效率;当增益介质紧贴导管输出放置时,3种方式排列均能在增益介质中实现均匀平顶分布;当快轴方向所排阵列个数与慢轴方向所排阵列个数之比接近慢轴发散角与快轴发散角之比时,能获得更好的耦合效果。

高功率激光二极管线性阵列光束特性的研究

该文对激光二极管线性阵列的光束特性进行了研究.基于二阶矩定义,对激光二极管线性阵列光束的光束质量(M2因子)、束宽、远场发散角和内禀像散不变量等光束特征参数作了理论推导和分析.对激光二极管线性阵列光束的近场光强分布的理论模拟与实验结果相符.

大功率激光二极管阵列光束整形技术综述

大功率激光二极管阵列相对于其他同等功率水平的传统激光器有很多突出的优点,但由于其输出光束质量差,影响了它的直接应用,因此大功率激光二极管阵列的光束整形技术成了人们关注的一个热点问题,该文介绍了光束整形的原理并对近年来商业中常用的光束整形技术进行了分析评估。

激光二极管阵列侧面泵浦薄片激光器的热效应

建立了激光二极管阵列快轴垂直于薄片表面、对快轴压缩、环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型。依据激光二极管阵列的输出光束特性,运用有限元法,得出了薄片内的泵浦光、温度和热应力分布。分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明:热破坏主要为复合面外侧的拉伸破裂;温度和应力的上升时间和恢复时间随泵浦功率的变化不明显,随换热系数的增大而减小,存在一个最佳的换热系数;考虑热力学参数温度相关性的稳态温度和应力要大于不考虑热力学参数温度相关性时的值。

双峰远场结构的激光二极管阵列光场传输特性

提出了一种描述激光二极管阵列(Laser Diode Array,LDA)双峰远场结构的光场新模型,该模型同时考虑了激光二极管阵列垂直于结平面大发散角的传输特性,基于亥姆霍兹方程的远场解,运用非傍轴光传输理论分析,得到描述激光二极管阵列远场光分布模型,其结果与实验测量结果吻合较好.

大功率激光二极管阵列光束整形技术

大功率激光二极管阵列相比于同等功率的激光器有着优越的高性能和可靠性,在军事、工业、医学、航空航天等领域有着广阔的应用前景。具体应用中,大功率激光二极管阵列的光束整形技术扮演着一个重要角色。文中提出折反光束整形系统,把线光束整形为方形或者圆形,利用此系统把20 mm 线光束整形为5mm×5mm 的方形光斑,软件模拟结果证明设计方法的正确性和可行性。

窄线宽、高光束质量的外腔双反馈激光二极管阵列(英文)

设计了一种离轴双反馈外腔能够有效地改善激光二极管阵列的线宽和光束质量。闪耀光栅和高反镜之间形成了一个共振腔。通过调整光栅和高反镜之间的倾角可以选定一个空间模在共振腔中放大。将一个半波片插入外腔中的光栅反馈支路,来控制反馈光的数量,激光从光栅反馈支路输出。运用这项技术,在工作电流16 A,可以把激光二极管阵列的输出线宽压缩到0.15 nm,光束束宽积减小到283 mm.mrad。由于光栅的锁定作用,中心波长几乎不随温度的变化而改变。在工作电流17A时,输出激光的功率为2.44 W,斜率效率为0.5 W/A。