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准直误差对光束质量因子测量影响的理论与实验研究

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中国激光 2017年第9期44卷 151-159页

作者：刘亲厚冯国英邓国亮王国振龙凤琼四川大学电子信息学院激光微纳工程研究所四川成都610064

测量激光光束质量(M^2)因子时一般要求光路准直,同时要求降低噪声对光斑半径测量的影响。光路偏移会导致CCD采集的光斑偏离CCD中心,噪声使偏移光束的光斑半径和M^2因子的测量值存在额外误差。针对含噪声且光路偏移CCD中心的情况,提出了... 详细信息

测量激光光束质量(M^2)因子时一般要求光路准直,同时要求降低噪声对光斑半径测量的影响。光路偏移会导致CCD采集的光斑偏离CCD中心,噪声使偏移光束的光斑半径和M^2因子的测量值存在额外误差。针对含噪声且光路偏移CCD中心的情况,提出了一种测量M^2因子的改进方法,即当光路不准直时,在光路每个位置采集两个不同偏移量的光斑,则可校正得到光斑半径的真实值,从而得到无准直误差的M^2因子。理论推导了激光光束的光斑半径和M^2因子与偏移量的变化关系,通过数值仿真和实验研究了偏移光束的光斑半径和M^2因子随偏移量的变化,二者结果一致,验证了所提方法的可靠性。

关键词：测量光束质量因子准直误差噪声

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光束质量因子的研究

合肥工业大学学报（自然科学版） 2002年第6期25卷 1187-1190页

作者：邓小玖胡继刚刘彩霞王建国合肥工业大学理学院安徽合肥230009

应用标量光场的角谱表示,推导了具有轴对称性的傍轴、非傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2。对傍轴标量光束,证明了光束质量因子M2≥1;对非傍轴标量光束,指出当光束束... 详细信息

应用标量光场的角谱表示,推导了具有轴对称性的傍轴、非傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2。对傍轴标量光束,证明了光束质量因子M2≥1;对非傍轴标量光束,指出当光束束腰半径很小时,其光束质量因子M2可以小于1,并随光束的束腰半径Wmin趋于零而趋向于零。

关键词：傍轴标量光束非傍轴标量光束光强二阶矩光束质量因子标量光场激光束衍射传输规律

条形半导体激光器光束质量因子M^2的理论计算

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光学学报 2003年第1期23卷 45-49页

作者：朱晓鹏韦欣叶晓军康香宁徐云侯识华孙永伟陈良惠中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布 ,再通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩理论 ,通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发... 详细信息

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布 ,再通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩理论 ,通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发散角和M2 因子。讨论了波导结构参量变化对M2 因子的影响 ,并对两种波导结构光束的性质与波导参量的关系进行了比较。

关键词：条形半导体激光器理论计算激光物理光束质量因子光波导半矢量模型

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非傍轴双曲余弦高斯光束质量因子的研究

应用激光 2005年第2期25卷 106-108页

作者：胡继刚刘彩霞邓小玖合肥工业大学物理系安徽合肥230009

运用非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲余弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲余弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明:当双曲余弦高斯光束束腰半径较大时,傍轴与非傍轴理论计算的光... 详细信息

运用非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲余弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲余弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明:当双曲余弦高斯光束束腰半径较大时,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论的计算结果有较大误差。

关键词：光束质量因子双曲余弦高斯光束非傍轴标量光束束腰半径二阶矩理论远场发散角比较研究变化规律理论计算计算结果计算表

热键合、凹端面及晶体棒直径对Er∶YSGG中红外激光性能的影响

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 571-579页

作者：程毛杰董昆鹏胡伦珍张会丽罗建乔权聪韩志远孙敦陆中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 安徽大学安徽合肥230601 安徽省先进激光技术实验室安徽合肥230037

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,... 详细信息

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,然后进行了高温热键合,透过谱表明键合界面基本无损耗,达到了一体化。热焦距结果表明,热键合、凹端面能够有效改善和补偿高功率泵浦条件下晶体的热透镜效应,有利于提高晶体的激光性能。对比未键合、热键合及凹面热键合Er∶YSGG晶体在968 nm LD侧面泵浦条件下的激光性能发现,低频150 Hz以下,键合与凹面并未表现出优势,三种棒的最大输出功率和斜效率分别均在24 W和28%附近;但随重频增加,热效应逐渐加重,键合晶体良好散热能力和凹面热补偿效应使激光性能得到提高。在重频300 Hz下,未键合、热键合及凹面热键合三种棒的最大输出功率分别为15.54,17.85和18.33 W、斜效率分别为16.6%,18.3%和18.4%;重频600 Hz条件下,三种棒的最大输出功率分别为9.4,13.32和13.18 W、斜效率分别为6.7%,8.6%和9%。此外,对比研究了不同直径Er∶YSGG晶体的激光性能,在低于100 Hz的低频下,三种晶体的激光性能接近。但相比于3和4 mm键合凹面棒,直径2 mm棒有大的比表面积,拥有更好的热管理能力,使其在高重频条件下具有更好的激光性能。如在150 Hz条件下,2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒获得了功率23.82 W、斜效率27.7%的中红外激光输出,大大高于直径3和4 mm棒的18 W和23%。在600 Hz,直径2 mm键合凹面棒中实现了功率13.18 W,斜效率9%的激光输出,相比于直径3和4 mm键合凹面棒的9 W,7%具有较大的改善。测量得到2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒在150 Hz,200μs条件下的光束质量因子M_(x)^(2)/M_(y)^(2)=6.28/6.30,表明该激光具有良好的光束质量。综上,选择合适晶体棒直径,并将键合与凹面相结合是实现高性能2.79μm激光的有效方法。

关键词：热键合 Er∶YSGG激光晶体凹端面 LD侧面泵浦 2.79μm中红外激光斜效率光束质量因子

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隧道级联半导体激光器的光束质量因子

Journal of Semiconductors 2004年第11期25卷 1433-1436页

作者：崔碧峰邹德恕李建军郭伟玲鲁鹏程刘莹王婷沈光地北京工业大学电控学院北京市光电子技术实验室北京100022

运用波导模式理论和光束传输的非傍轴矢量矩理论 ,对隧道级联 In Ga As/ Ga As/ Al Ga As半导体激光器的光束质量进行了理论研究 .分析了隧道级联半导体激光器内限制层厚度和垂直方向光束质量因子的关系 .结果表明 ,在隧道结耦合距离内 ... 详细信息

运用波导模式理论和光束传输的非傍轴矢量矩理论 ,对隧道级联 In Ga As/ Ga As/ Al Ga As半导体激光器的光束质量进行了理论研究 .分析了隧道级联半导体激光器内限制层厚度和垂直方向光束质量因子的关系 .结果表明 ,在隧道结耦合距离内 ,隧道结不仅起到了再生载流子的作用 ,也作为无源波导拓展了光场 ,减小了垂直发散角 ,降低了光束质量因子 .根据模拟结果设计并制备了高光束质量 ,小垂直发散角的隧道级联耦合大光腔半导体激光器 ,其阈值电流密度为 2 71A/ cm2 ,斜率效率为 1.4 9W/ A,垂直发散角为 17.4°,光束质量因子为 1.

关键词：隧道级联光束质量因子大光腔半导体激光器

非傍轴双曲正弦高斯光束质量因子M^2的研究

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激光技术 2005年第4期29卷 443-445页

作者：刘彩霞胡继刚邓小玖杨艳芳合肥工业大学物理系合肥230009

在标量光场角谱衍射理论的基础上,应用精确光强定义下的非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲正弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲正弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明,当双曲正弦... 详细信息

在标量光场角谱衍射理论的基础上,应用精确光强定义下的非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲正弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲正弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明,当双曲正弦高斯光束束腰半径较大时,传统光强定义下的光强二阶矩理论近似成立,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论计算的结果有较大误差,必须采用精确光强定义下的非傍轴光束质量因子的定义作修正。

关键词：双曲正弦高斯光束非傍轴双曲正弦高斯光束光强二阶矩光束质量因子

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非傍轴截断平顶光束的质量因子

强激光与粒子束 2007年第2期19卷 182-186页

作者：康小平何仲钟山黄宏潮黄槐仁吕百达琼州学院物理系海南五指山572200 四川大学激光物理与化学研究所成都610064

使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明:非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波... 详细信息

使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明:非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波长之比有关;当截断参数趋近于0时,远场发散角趋于渐近值63.435°;对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例,计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果;功率密度的二阶矩方法可用于截断光束,并克服了光束质量因子的发散困难。

关键词：激光光学非傍轴截断平顶光束光束质量因子截断参数

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束仿真研究

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应用光学 2024年第1期45卷 199-205页

作者：单小琴李天昊朱日宏南京理工大学紫金学院电子工程与光电技术学院江苏南京210023 天津津航技术物理研究所天津300308 南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

光束质量因子M^(2)是表征高功率激光器横模特性的主要参数,针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术原理与仿真研究。建立了衰减缩束组件的仿真模型,利用... 详细信息

光束质量因子M^(2)是表征高功率激光器横模特性的主要参数,针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术原理与仿真研究。建立了衰减缩束组件的仿真模型,利用有限元的方法对光学元件在高功率激光下的热致像差进行研究,得出热致像差的峰谷(PV)值小于82 nm时,对光束质量因子的影响小于5%。当光束通过衰减组件时,如果发生退偏,光束质量因子将偏小。基于泽尼克多项式和光束质量因子计算模型,研究分析了缩束组件波前畸变对测量的影响,并通过Zemax仿真分析看出,在装调时入射光与缩束组件中心光轴夹角视场小于7°时,对光束质量因子测量的影响小于5%。

关键词：高功率激光器光束质量因子衰减组件缩束组件