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
由于半导体激光器快慢轴方向的光束质量相差较大, 为完成半导体激光器堆栈的光纤耦合, 通常采用棱镜堆对光束进行整形。提出一种先填充快轴方向暗区、后旋转重排的光束整形技术, 基于棱镜内部的全反射和平行平板对光束的偏移作用, 在不使用棱镜堆的情况下完成了整个光束的整形过程。所提技术可将8个巴条组成的半导体激光器堆栈耦合到芯径为200 μm、数值孔径为0.22的光纤中, 输出功率可达544.47 W, 系统的光-光转换效率达到85%。
激光器 光纤耦合 光束整形 棱镜全内反射 半导体激光器堆栈 平行平板 中国激光
2017, 44(11): 1101006
Author Affiliations
Abstract
Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut f¨ur H¨ochstfrequenztechnik, Gustav-Kirchhoff-Stra?e 4, 12489 Berlin, Germany
Tailored diode laser single emitters with long (6 mm) resonators and wide (1.2 mm) emission apertures that operate with 940 nm emission wavelength were assembled in novel edge-cooled vertically stacked arrays, and used to construct a compact and highly efficient fiber coupled pump source for Yb:YAG pulsed high-energy class solid-state lasers. The novel configuration is shown to allow repetition rates of 200 Hz at 1 ms pulse duration, at an output power of 130 W per single emitter. The emission of two stacked arrays was then optically combined to realize pump modules that deliver 6 kW peak power (pulse energy 6 J) from a 1.9 mm core diameter fiber, with wall plug efficiency of 50%. This represents a significant improvement in terms of duty cycle and electro-optical efficiency over conventional sources. The pump module has been successfully tested at the Max Born Institute, Berlin during trials for pumping of disk lasers.This work was funded in part via the European Regional Development Fund (ERDF) under contract number 20072013 2/42.
diode laser diode laser diode pumped solid-state laser diode pumped solid-state laser fiber coupling fiber coupling high-power high-power QCW diode laser stack QCW diode laser stack High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(1): 010000e3
1 军械工程学院电子与光学工程系，河北 石家庄 050003
2 装备学院航天指挥系，北京 101416
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心，重庆 400714
半导体激光器由于自身波导结构的不对称性导致光强分布不均匀而限制了其在工业加工上的应用，为了对半导体激光光束进行整形以获得均匀光斑，设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导体激光匀化的原理，通过微透镜边缘衍射对匀化光斑的影响确定了微透镜孔径范围。采用6bar条半导体激光器堆栈对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证，实现了均匀性为92.59%的光斑，能量传输效率为91.19%。该匀化系统在半导体激光焊接、熔覆以及硬化等表面处理中具有很强的实用性。
激光光学 半导体激光器堆栈 微透镜阵列 光束匀化 光斑均匀性 光学学报
2015, 35(s1): s114005
1 军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 装备学院航天指挥系, 北京 101416
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心, 重庆 400714
为了实现基于微透镜阵列的高功率半导体激光器堆栈光束整形，对带有快轴准直透镜的高填充因子半导体激光器堆栈慢轴光束准直技术进行了研究。对于发光单元尺寸100 μm、周期200 μm的半导体激光器，分析了填充因子对慢轴光束准直的影响，发现采用微柱透镜与慢轴方向各个发光单元一一对应的方式难以取得较好的准直效果，且会导致其快轴方向没有足够的准直空间。为了去除填充因子的限制，将实际使用的填充因子为0.5 的高功率半导体激光器堆栈以bar 条为单元进行慢轴方向光束准直设计，利用Zemax 光学设计软件进行了模拟仿真，并采用基于空间扫描法的发散角测试装置对慢轴准直后剩余发散角进行测试，实现准直后剩余发散角半角2.12°，实验表明这种准直方法非常有效。该方法简单易行，对于高填充因子半导体激光器慢轴光束准直有较好的借鉴意义。
激光光学 半导体激光器堆栈 慢轴准直 柱透镜 剩余发散角 激光与光电子学进展
2015, 52(6): 061402
1 军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 装备学院 航天指挥系, 北京 101416
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 集成光电技术研究中心, 重庆 400714
为实现基于微透镜阵列的高功率半导体激光器堆栈光束整形, 对带有快轴准直透镜的高功率半导体激光器堆栈慢轴光束准直技术进行研究。在慢轴光束准直理论分析基础上, 着重研究了慢轴填充因子对其光束准直的影响, 并对不同填充因子的半导体激光器慢轴光束准直方案进行了分析。针对实际使用的填充因子0.5的高功率半导体激光器堆栈采用以Bar条为单元进行整体准直设计, 并采用基于空间扫描法的发散角测试装置对慢轴准直后剩余发散角进行测试, 实现准直后剩余发散角半角2.12°, 实验表明该准直方法的有效性。
激光光学 半导体激光器堆栈 慢轴准直 柱透镜 剩余发散角 laser optics diode laser stack slow axis collimation cylindrical lens remaining divergence angle 强激光与粒子束
2015, 27(5): 051010
1 军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 装备学院航天指挥系, 北京 101416
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心, 重庆 400714
半导体激光器由于自身波导结构的不对称性导致光强分布不均匀而限制了其应用，为了对半导体激光光束进行整形以获得均匀光斑，设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导体激光的匀化原理和光束匀化过程，通过分析微透镜边缘衍射对匀化光斑影响确定了微透镜孔径范围，采用近轴矩阵光学推导了目标光斑发散角。结合实例对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证，实现了均匀性为91.89%的均匀光斑。
激光光学 半导体激光器堆栈 微透镜阵列 光束匀化 光斑均匀性
1 School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Frontiers of Optoelectronics
2014, 7(1): 102
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
报道了千瓦级激光二极管面阵抽运固体热容激光器的理论与实验研究, 分别采用Nd:YAG单板条和双板条串接的热容激光器, 利用热容激光器的理论计算模型计算了在一定的工作时间内激光输出特性, 并进行了实验验证。实验中采用的晶体尺寸均为59 mm×40 mm×4.5 mm, 对单板条进行抽运时平均功率大约为5.6 kW, 双板条串接时为11.2 kW, 重复频率为1 kHz, 占空比为20％。实验中观察了1 s的工作时间内脉冲能量输出的波动情况, 单板条时单脉冲能量输出最大为1.3 J, 在1 s后单脉冲能量输出下降到开始的70％左右, 而双板条串接时单脉冲能量输出最大为2.06 J, 在1 s后单脉冲能量输出下降到开始的50％左右, 对单块晶体采用通水冷却的准热容热管理模式能有效地降低其热效应。
固体激光器 热容激光器 激光二极管面阵 侧抽运 板条
