Talbot外腔锁相相位补偿元件的理论计算

在菲涅耳衍射公式和模耦合理论的基础上,对有相位补偿的Talbot外腔锁相在腔内场的分布进行了数值计算。计算结果表明:理想的相位补偿元件模式选择镜能够消除由于边缘效应引起的近场幅度不均匀,而且同相模的衍射损耗非常小,能有效地起到选择同相模的作用。实用的相位补偿元件相位型光栅对近场的幅度没有影响,也能够明显地减小同相模的衍射损耗,起到选择同相模的作用。

二极管激光阵列在Talbot外腔锁相中的超模分析

采用数值计算的方法,对二极管激光阵列在Talbot腔、1/2Talbot腔和1/4Talbot腔中锁相时,同相模和异相模的分布进行了计算。结果表明:同相模在Talbot腔中成像位置没改变,在1/2Talbot腔中成像的位置有d/2的偏移,成像均没有产生相移;在1/4Talbot腔中同相模的分布是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置没有改变,产生-π/4的相移,另一组成像位置有d/2的偏移,产生π/4的相移。异相模在Talbot腔和1/2Talbot腔中成像位置均没有改变,在Talbot腔中异相模产生-π/2的相移,而在1/2Talbot腔中产生-π/4的相移;在1/4Talbot腔中异相模也是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置向左偏移d/4 ,一组向右偏移d/4 ,均产生-π/8的相移。所得结果给出了二级管激光阵列在Talbot外腔中同相模和异相模的分布规律。

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。

透镜导管在多芯光子晶体光纤激光器Talbot外腔选模中的应用

Talbot自成像技术因为原理简单、易于搭建等特点,常被用于多芯光子晶体光纤激光器的选模,但这种技术仍然存在选模效率不高的问题。采用透镜导管的镜面反射原理对其进行改进,该技术能有效利用出射光束,降低选模损耗。使用有限元方法对一种18芯光子晶体光纤激光器进行模式分析,并对各种模式在所设计结构中的传输进行了计算,结果表明改进后的技术可以提高选模效率。

光纤激光器自成像腔相干组束研究

探讨了3种不同自成像腔,即Talbot腔、自傅里叶变换腔(SF)和傅里叶变换自成像腔实现相干组束的机理和技术难点。介绍了利用光纤激光器,采用傅里叶变换自成像方法,实现1维2路和2维4路激光相干组束的实验情况,功率分别达到122 W以及26 W。

二极管激光阵列Talbot外腔锁相机理的实验研究

研究了二极管激光器阵列(DLA)独立单元的Talbot外腔锁相和多个单元的Talbot外腔锁相,验证了在大电流情况下单元内部可以实现Talbot外腔锁相,远场图样显示为高阶横模的锁定。多个单元的Talbot外腔锁相实验表明,随着发光单元个数的增加,DLA趋向于局部锁相。

基于Talbot效应的激光二极管阵列外腔锁相

对基于Talbot效应的激光二极管(LD)阵列外腔锁相进行了理论和实验研究。在腔内各阶超模近场分布的基础上,在腔外加会聚透镜,在其焦平面上得到了同相模和异相模的远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,提出ZT/2腔(指腔长的往返长度)进行外腔锁相时的理想腔长。由于ZT/2腔内是异相模振荡,远场图像为双瓣模,这时如果让外腔镜在慢轴方向倾斜角度α,让反馈回阵列的同相模和异相模成像位置各发生d/2的偏移,恰好可以选择同相模而抑制异相模。最后采用ZT/2腔对LD阵列的外腔锁相进行了实验研究,并在外腔镜不偏转和偏转角度α时分别观察到同相模和异相模的锁相现象。经过分析计算,同相模锁相时,其远场单瓣模的发散角约为1.96 mrad。

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。