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高光束质量大功率垂直腔面发射激光器

中国激光 2024年第8期51卷 1-6页

作者：闫观鑫郝永芹长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022

采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率... 详细信息

采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率较传统结构提高了近56%,且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。

关键词：激光器垂直腔面发射激光器高功率光场分布光束质量

高光束质量保持的(6+1)×1泵浦/信号合束器研制

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中国激光 2024年第6期51卷 48-56页

作者：王嘉伟李智贤付敏田鑫饶斌裕陈子伦王泽锋国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光... 详细信息

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中,使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能,泵浦耦合效率大于98.5%,无主动制冷情况下温升小于10℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形,并通过光束质量因子反馈对准熔接,实现了高光束质量保持的合束器的研制,光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件,应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中,实现了4.1 kW近单模输出,拉曼抑制比为40.5 dB。

关键词：泵浦/信号合束器高功率光纤激光光束质量

大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输的影响

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中国激光 2024年第5期51卷 69-75页

作者：罗静季小玲李晓庆四川师范大学物理与电子工程学院四川成都610068

采用数值模拟方法研究了大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输特性和光束质量的影响,结果表明:大气自聚焦效应随着艾里光束指数截断因子的增大而增强,并会导致艾里光束的实际焦点向靶面移动。采用预散焦方法可使靶面上的光束始... 详细信息

采用数值模拟方法研究了大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输特性和光束质量的影响,结果表明:大气自聚焦效应随着艾里光束指数截断因子的增大而增强,并会导致艾里光束的实际焦点向靶面移动。采用预散焦方法可使靶面上的光束始终保持艾里轮廓,同时可使靶面光强得到显著提高。本文得到了预散焦的焦距公式,并证实了其有效性。研究发现:预散焦后,即使光束功率远远超过了自聚焦临界功率,非均匀大气的自聚焦效应也不会破坏艾里光束的自加速特性,有助于地基激光束避开障碍物,清除空间碎片。在相同的功率下,艾里光束相比高斯光束在碎片靶面上有更高光强,并且艾里光束具有更强的抵抗自聚焦效应的能力。因此,艾里光束比高斯光束更适合地基激光对空间碎片的清除。

关键词：大气光学艾里光束非线性自聚焦效应激光大气传输传输特性光束质量

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GaAs基大功率半导体激光器的研究进展

材料导报 2022年第12期36卷 13-19页

作者：张旭董海亮贾志刚张爱琴梁建许并社太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原理工大学轻纺工程学院陕西科技大学材料原子·分子科学研究所太原理工大学材料科学与工程学院

经半个多世纪的发展，半导体激光器的理论和实践都取得巨大成果。近年来，GaAs基大功率半导体激光器凭其优势，在众多领域得到广泛应用。但是GaAs基大功率半导体激光器仍面临着功率不足、发热量大及光束质量差的问题。光电性能差是限制... 详细信息

经半个多世纪的发展，半导体激光器的理论和实践都取得巨大成果。近年来，GaAs基大功率半导体激光器凭其优势，在众多领域得到广泛应用。但是GaAs基大功率半导体激光器仍面临着功率不足、发热量大及光束质量差的问题。光电性能差是限制其应用的关键问题，如何进一步提高激光器的光电性能是半导体激光器面临的挑战。输出功率、电光转换效率、光束质量、寿命和可靠性是衡量半导体激光器性能最重要的参数。电光转换效率直接影响器件的输出功率，转换效率低产生的热量更多，导致器件工作温度升高，使得器件的稳定性变差，严重影响器件的寿命和可靠性。近年来，随着GaAs基大功率半导体激光器外延生长技术的提高、器件结构设计的理论水平提高以及封装技术的提升，激光器的输出功率和电光转换效率均得到了大幅提高。从2007年到2017年，边发射激光器的单管输出功率已由14.7 W提高至33 W，而光抽运面发射器件在2018年单管输出功率高达72 W。2020年单管器件的电光转换效率已高达74.6%。随着高效冷却技术的发展，半导体激光器的寿命已达百万小时以上。本文主要介绍了GaAs基半导体激光器近年来的发展状况，综述了外延结构、输出功率、电光转换效率、光束质量、寿命和可靠性等方面的发展现状，探讨了影响输出功率的各种因素及目前的解决方法，展望了半导体激光器未来的发展趋势。

关键词：大功率半导体激光器砷化镓(GaAs) 输出功率电光转换效率光束质量寿命与可靠性

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窄脊型波导半导体激光器偏振与横模关系研究

红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 158-165页

作者：宋梁贺钰雯王浩淼周坤杜维川李弋何林安胡耀张亮高平宽王欣阳高松信唐淳中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900 中国工程物理研究院高能激光重点实验室四川绵阳621900

基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型,通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算,脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大,类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因... 详细信息

基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型,通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算,脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大,类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式;而随着脊型波导的高度增加,快轴高阶模式被截断,类TE00模式的限制因子逐渐增加至与类TM00模式相近,慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制,理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面,利用量子阱材料的增益偏振特性,通过脊型高度与宽度的设计,制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。

关键词：半导体激光器光束质量偏振度有效折射率法波导模式分析

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光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响

光学学报 2023年第14期43卷 40-48页

作者：戴深宇郑昕赵帅季华实验室光电科学与技术研究部广东佛山528200

衍射光学元件(DOE)对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型(GSM)光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶... 详细信息

衍射光学元件(DOE)对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型(GSM)光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M^(2)因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。

关键词：衍射与光栅衍射光学元件光束质量高斯谢尔模型模式分解

球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响

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物理学报 2021年第23期70卷 240-247页

作者：黄梓樾邓宇季小玲四川师范大学物理与电子工程学院成都610068

地基激光空间碎片清除等激光烧蚀推进在太空中的应用中,激光功率已远超过大气非线性自聚焦临界功率,因此自聚焦效应是影响光束质量的重要因素.此外,由于高功率激光产生过程中的非线性效应,光束常伴有球差.本文采用数值模拟方法,研究了... 详细信息

地基激光空间碎片清除等激光烧蚀推进在太空中的应用中,激光功率已远超过大气非线性自聚焦临界功率,因此自聚焦效应是影响光束质量的重要因素.此外,由于高功率激光产生过程中的非线性效应,光束常伴有球差.本文采用数值模拟方法,研究了球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响.研究表明:对于大尺寸(光束发射尺寸)光束,利用正球差可提高靶面光强.然而,对于小尺寸光束,则需利用负球差提高靶面光强.并且,大尺寸比小尺寸光束更适合地基激光空间碎片清除等应用.在线性衍射效应和非线性自聚焦效应共同作用下,存在一个最佳发射功率使得靶面光强最大化,本文拟合出了大尺寸光束的最佳发射功率的公式.另一方面,由于衍射、自聚焦和球差均导致焦移,这使得靶面光束质量变差.本文推导出了大尺寸光束情况下透镜修正焦距公式,这样可把将实际焦点移至靶面,从而提高靶面光束质量.本文所得结论具有重要的理论和实际应用意义.

关键词：球差非线性自聚焦效应高功率激光上行大气传输光束质量

单锥型掺镱光纤在纳秒脉冲放大器中的激光性能研究

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中国激光 2023年

作者：刘韦志王晓亮林贤峰张志伦罗涛肖润珩邢颍滨彭景刚李海清戴能利李进延武汉长进光子技术股份有限公司华中科技大学武汉光电国家研究中心

为了抑制高平均功率、高单脉冲能量纳秒脉冲激光放大器中的受激拉曼散射效应与光束质量退化，本文制备了纤芯/内包层直径为31/250μm-62/500μm的单锥形掺镱光纤。基于自研单锥形掺镱光纤搭建了全光纤结构纳秒脉冲激光放大器，在重复频... 详细信息

为了抑制高平均功率、高单脉冲能量纳秒脉冲激光放大器中的受激拉曼散射效应与光束质量退化，本文制备了纤芯/内包层直径为31/250μm-62/500μm的单锥形掺镱光纤。基于自研单锥形掺镱光纤搭建了全光纤结构纳秒脉冲激光放大器，在重复频率为100 kHz下，实现了平均功率为832 W，单脉冲能量为8.32 mJ，峰值功率为24.8 kW的纳秒脉冲激光输出。在相近输出功率下，与50/400μm均匀光纤相比，单锥形掺镱光纤将受激拉曼散射效应出现的阈值功率提升了约31%，将光束质量因子由4.8提升至3.5。实验验证了单锥形掺镱光纤对受激拉曼散射效应与光束质量退化的抑制效果。

关键词：单锥形光纤纳秒脉冲激光受激拉曼散射效应光束质量

基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法

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物理学报 2021年第17期70卷 397-405页

作者：何婷田博宇邱蝶张彬四川大学电子信息学院成都610064

针对大遮拦比窄环宽薄管激光光束质量提升需求,提出了一种基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法.采用直角锥面实现薄管激光离轴像差的自校正,再利用驱动单元控制直角锥面变形镜的形变来进一步校正残余像差,进而实现对薄管激... 详细信息

针对大遮拦比窄环宽薄管激光光束质量提升需求,提出了一种基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法.采用直角锥面实现薄管激光离轴像差的自校正,再利用驱动单元控制直角锥面变形镜的形变来进一步校正残余像差,进而实现对薄管激光光束质量的提升.以48单元直角锥面变形镜为例,利用有限元分析方法建立了直角锥面变形镜的物理模型,分析了直角锥面变形镜对薄管激光畸变波前的校正能力.结果表明,基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法能够有效校正大遮拦比窄环宽薄管激光的波前畸变,显著提升薄管激光光束质量.

关键词：薄管激光直角锥面变形镜光束质量自适应光学