高功率蓝紫光半导体激光器及其光场匀化研究

设计并实现了一种高功率、高光场均匀性的蓝紫光半导体激光器。采用光纤耦合技术,将28只输出功率为350mW的半导体激光器的输出激光,通过非球面透镜分别耦合进纤芯直径为400μm、数值孔径为0.22的光纤中,光纤经捆绑合束进行功率扩展后输出功率达8.1W。利用Zemax软件设计了复眼透镜组对激光光场进行整形匀化,仿真结果表明,光场均匀度从匀化前的48%提高到匀化后的86%,实验测量光场均匀度达到84.4%。为高精度3D打印技术提供了一种理想光源。

透明硬脆材料激光剥离关键问题研究(特邀)

透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al_(2)O_(3)、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。

高亮度蓝光半导体激光器光纤耦合技术

随着蓝光半导体激光器的发展和应用范围的拓宽,利用合束技术来获得高亮度的蓝光光源已经成为研究的热点。为了获取高亮度的蓝光输出,本文应用光学设计软件进行模拟仿真,将48只波长为450 nm、输出功率为3.5 W的单管半导体激光器通过快慢轴准直和空间合束,聚焦耦合进105μm/0.22NA的光纤中,可获得功率为144.7 W、亮度为11 MW/(cm^(2)·str)的蓝光输出,耦合效率为93.78%,整体系统的光-光转换效率为86.13%。

单管半导体激光器快轴准直轴向误差分析

分别采用ZEMAX光学设计软件和高斯光束传输变换理论算法对单管半导体激光器快轴准直透镜轴向误差进行模拟计算分析。基于微透镜准直设备的单管快轴准直实验结果与两种方法得到的结果进行对比,分析得出高斯光束传输变换理论计算的曲线图更加接近实验结果。

半导体激光器相干合束技术(特邀)

大功率高光束质量半导体激光器在激光加工、激光通信、科学研究等方面有着广泛的应用,提高半导体激光器的功率和光束质量一直都是国际的研究前沿和学科热点。合束技术是提高半导体激光器输出功率最简单有效的方法。非相干合束技术提高输出功率往往以损失空间、偏振或光谱特性为代价,在对光束特性要求不高的场合应用较为成熟。相干合束技术在提高半导体激光器输出功率的同时还能提高光束质量、压窄频谱宽度,是高亮度窄线宽半导体激光技术发展的重要方向。本文简述了相干合束技术的原理及要求,从锁相技术出发,综述了半导体激光器相干合束技术近年来的发展现状,总结了主动锁相和被动锁相的优缺点,主动锁相技术采用主振荡放大结构通过相位负反馈技术实现锁相,在合束单元数量上具有优势,能获得大功率相干输出,但结构较为复杂。被动锁相技术结构简单,一般通过外腔的衍射效应或者共腔技术实现单元间的相位锁定,具备自组织锁相特点,但不易获得高功率输出。最后对半导体激光器相干合束技术的未来发展进行了展望。

高能量全固态355nm紫外激光器

为满足脉冲激光沉积镀膜技术对激光光源的要求,研制了低重频、高能量全固态紫外激光器。采用凹凸非稳谐振腔结构,使用高速电光Q开关进行调制,通过氙灯泵浦Nd:YAG激光晶体产生1064 nm脉冲种子光,经腔外两级单通放大,得到能量大于1J的1064 nm基频光。采用LBO晶体进行倍频与和频,在重频10Hz时得到紫外光最高能量170 m J,峰值功率22 MW,脉宽7.7 ns。

基于PIC24F单片机的全固态激光器监控系统的设计和实现

本系统以PIC24FJ128DA110为核心芯片实现了对全固态激光器工作过程中操作信号和保护信号的种类、发生时间,驱动电源电流反馈值以及激光功率反馈值等信息的记录;并应用Microchip提供的USB嵌入式堆栈和I2C串口通信将存储在EEPROM中的数据信息以文本格式写入USB闪存驱动器中。本系统方便了对全固态激光器操作流程的实时监控,加快了全固态激光器系统的故障排除和修复;为激光器和控制系统的改进设计提供了数据依据。本系统包含实时时钟模块、ADC模数转换模块、EEPROM数据存储模块、USB数据通信模块等。

基于激光激励的火工冲击响应及其特性研究

针对传统火工冲击激励方法在频率范围方面的局限性,研究新兴的激光激励方式、激励特性及其参数的影响,探究模拟火工冲击试验的可行性。首先参考经典的冲击试验方法,制定了激光激励试验的试验方案,设计了试验装置并进行了冲击试验;然后针对火工冲击和激光激励的试验结果,在时域、频域进行了时频分析和响应谱分析与对比;最后依据该试验方法,讨论了激光脉冲频率和激光脉冲能量对冲击响应的影响。研究提出的激光激励方法对火工冲击机理研究与地面模拟试验设计具有一定的参考价值。

纳秒脉冲掺镱全光纤激光器研究进展

掺镱全光纤纳秒脉冲激光器发展迅猛,已经为诸多领域开辟了新的道路,特别是高平均功率、大脉冲能量的纳秒脉冲光纤激光器在激光清洗等领域得到了广泛应用。多路光纤激光合束是实现高平均功率、大脉冲能量激光输出的主要手段,其结构复杂程度取决于单模块激光器的输出特性,提升单模块纳秒脉冲全光纤激光器输出特性对于激光清洗等领域具有重要意义。文中总结了单模块掺镱全光纤纳秒脉冲激光器的研究进展,分析了当前限制其功率和能量进一步提升的主要因素。首先,从主动调Q、被动调Q以及增益开关技术三个层面回顾了纳秒脉冲掺镱全光纤振荡器的研究进展;其次,从大脉冲能量、高平均功率、两者协同发展三个指标层面总结了纳秒脉冲掺镱全光纤放大器的研究现状;最后,从限制高指标掺镱全光纤激光器输出特性的因素出发,展望了其在未来功率和能量提升上的发展趋势。

硫化钼锁模激光器研究进展

新型的硫化钼(MoS_2)可饱和吸收体由于具有宽带可饱和吸收特性等优点,在被动锁模激光领域具有广泛的应用。本文对硫化钼可饱和吸收体的不同制备方法和锁模的关键参数进行了总结、对基于硫化钼吸收体的锁模激光特性进行了综述,并指出其发展趋势。

144W高功率、高亮度半导体蓝光激光器

高功率、高亮度半导体蓝光激光器在激光加工、激光医疗、大屏幕激光显示等领域具有广泛的应用，成为激光领域的研究热点。本课题组采用Zemax软件进行模拟，确定焦距为1：3．75的整形非球面透镜组，将快轴发散角为44°、慢轴发散角为14°的447nm蓝光半导体单管分别耦合进入127根光纤（纤芯直径400μm，数值孔径0．22）中，耦合效率（即经过光纤后的功率除以蓝光单管功率）达到86％。

高亮度绿光半导体激光器光纤耦合系统设计与仿真

针对矩形阵列光束与光纤耦合的角度填充系数低,以及未能充分利用光纤数值孔径的缺点,提出密堆积阵列光束的光纤耦合方式以最大化角度填充系数,从而提升光纤耦合的输出亮度。基于该排布方式设计无像差平行平板缩束装置,相比于望远镜缩束系统,该装置可保持光束发散角不变,消除阵列光束之间的暗区,改善组合光束的光束质量。仿真结果表明,该装置可将14支功率为1.5 W绿光单管耦合进数值孔径为0.15和芯径为105μm的光纤中,获得93.75%的光纤耦合效率,输出功率为19.13 W,对应亮度为3.125 MW·cm^(-2)·Sr^(-1),系统的总光-光传输效率达91.10%。

基材属性对Ni60A-WC激光熔覆涂层性能的影响

在304不锈钢(304SS)和Q235碳钢上分别熔覆Ni60A及Ni60A-WC金属粉末,以及添加Cr和Cr_3C_2的涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析涂层的宏观形貌、微观组织和元素分布,用显微硬度计对涂层的硬度进行测试分析。结果表明:基材中元素成分的不同会导致涂层气孔和裂纹的差异,Ni、Cr元素含量高的304SS上的涂层气孔和裂纹数明显比Q235碳钢上的少;基材的导热性能对涂层的稀释率与性能具有明显影响,导热性能差的304SS稀释率大,WC颗粒分解多,涂层组织粗大;由于Q235导热性能好,冷却速率高,导致涂层硬度高,Ni60A+40%WC涂层平均硬度高达1 000HV_(0.2)。此外,Cr和Cr_3C_2的加入能有效防止涂层气孔的产生。

单模激光在多模光纤中的传输实验研究

采用CCD光束分析仪研究经大芯径多模光纤传输后的出射光束,从输出光斑能量分布及出射光束质量两方面进行讨论,得到多模光纤的光传输特性。实验中以单模激光作为测试光源,进行了不同芯径及长度的多模光纤的传输实验。结果表明:多模光纤对入射光束具有整形作用,主要表现为光束质量下降,能量分布趋向均匀化。且光束质量恶化程度及光束匀化效果与传输用的多模光纤参数相关:光纤芯径越大,传输后的光束质量下降得越多,匀化效果越明显。多模光纤的传输长度同匀化效果亦呈正相关关系。多模光纤的匀化作用可为单模光源提供一种简单、有效的整形方案。通过选择不同参数的多模光纤可获得不同特性的准均匀光束,以适应特殊的激光加工需求。

瓦级石墨烯被动锁模全固态激光器

2004年,石墨烯（Graphene）的发现引起人们的广泛关注。它具有独特的力学、热学、电学和光学特性,因而在光电子学领域显示出巨大的应用潜力。

高平均功率全固态激光器发展现状、趋势及应用

综述了目前获得高平均功率全固态激光(DPL)输出的圆棒、板条、薄片和光纤激光器,以及热容激光和相干合成等主要方式的特点、发展历史及国内外最新进展,分析评述了高平均功率全固态激光器的发展趋势,并展望了其在工业和国防领域的应用前景。

高斯光束传播对激光熔覆覆层的影响

高斯激光束传播对激光熔覆质量有显著影响。为探索高斯光束传播对覆层几何形貌、结合质量及稀释率的影响,以Fe901+5%Cr3C2熔覆材料为研究对象,对高斯光束不同离焦区域进行了激光熔覆工艺实验,对比了正、负离焦工艺。利用金相显微镜对熔覆层几何形貌、微观结构进行分析,并对显微硬度分布进行测试与对比。结果显示,采用负离焦工艺进行激光熔覆,可获得稀释率较低,边缘良好冶金结合,无未熔颗粒、缺陷的覆层,覆层显微硬度在900～1000 HV0.2。

一种声光调Q窄脉宽小体积激光器

为了构建一种声光调Q的窄脉宽小型Nd∶YVO_4激光器,从主动调Q速率方程出发,分析了抽运速率、重复频率、输出镜透过率对脉宽的影响。该激光器采用简单的平平腔设计,LD端面抽运高增益的Nd∶YVO_4激光晶体,在谐振腔内插入一个微型的声光调Q开关,作用长度约为7mm,谐振腔腔长13mm,输出镜的透过率为70%。结果表明,在抽运功率为4.21W、重复频率20k Hz时,获得了单脉冲能量20μJ、脉冲宽度1.65ns、峰值功率为12k W的1064nm激光输出。此结果说明,用微型声光调Q开关来构建短腔获得窄脉宽输出是一种切实可行的方案,且该器件还可以作为大功率激光器的种子源。

利用Cr4+∶YAG晶体的各向异性提高输出激光消光比的实验研究

为了研究不同切割方向Cr4+∶YAG晶体的各向异性对激光器输出偏振特性的影响,采用1064nm线偏振脉冲光作为测试光源,从输入光强功率密度、晶体初始透过率和晶体切割方向3个方面,对Cr4+∶YAG晶体的各向异性进行实验研究。结果表明:在一定功率密度范围内,功率密度越高,Cr4+∶YAG的各向异性越明显;Cr4+:YAG的初始透过率越低,各向异性越明显;相同功率密度下,[110]切割方向的Cr4+∶YAG在某一方向上的可饱和透过率大于[100]切割方向的Cr4+∶YAG的透过率。分别选取[110]和[100]切割方向的Cr4+∶YAG作为调Q晶体,搭建808nm LD抽运Nd∶YAG/Cr4+∶YAG被动调Q固体激光器,得到[110]切割方向Cr4+∶YAG的输出激光消光比大于[100]切割方向Cr4+∶YAG的输出激光消光比。