激光二极管光束整形技术
采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量
第19卷 第12期强激光与粒子束Vol.19,No.12 2007年12月HIGH POWER L ASER AND PAR TICL E B EAMS Dec.,2007 文章编号: 100124322(2007)1221951204采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量3刘 波, 张 雪, 赵鹏飞, 李 强(北京工业大学激光工程研究院,北京100022) 摘 要: 基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上,相邻单元的出射光波长有微小的差异。
从外腔耦合镜输出近似平行的光束,其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。
实验中采用发光单元宽度为100μm 、填充因子为0.5、由49个单元构成的1cm 阵列获得功率为2.39W 的输出光束,其光谱宽度为27nm ,远场光斑的直径为0.08mm ,对应的远场发散角为1.2mrad ,其光束质量因子约为28,与单个发光单元的光束质量相当。
关键词: 二极管激光阵列; 光谱光束组合; 多波长光束组合; 衍射光栅; 光束质量 中图分类号: TN248 文献标识码: A 二极管激光阵列(DL A )以其体积小、效率高、成本低、寿命长等优点,广泛应用于材料加工、医疗、自旋交换光泵浦、泵浦固体激光器和光纤激光器等领域。
但是DL A 固有的光束质量差、相干性差的缺陷严重地限制了其进一步应用。
目前,商用DL A 输出光束在快轴方向的光束质量因子M 2接近于1,在慢轴方向的光束质量因子M 2超过2000[1],自由运转时的光谱峰值半宽一般为2～3nm 。
大功率二极管激光阵列通过改善输出光的光束质量,获得近衍射极限的输出光束,可直接作为系统的光源,其应用范围必将大大扩展。
采用光束整形[223]的方法可以改善DL A 的光束质量,但是这种方法是依靠均衡快慢轴的光参数积来改善光束质量,不能得到近衍射极限的输出光束。
基于ZEMAX的激光光束整形技术试验研究
在激光技术的许多应用领域中, 光束质量至关 重要。激光材料加工 , 光学信息处理、 存储和记录 , 激光的医学临床应用等领域, 都对光束质量有较高 的要求。在非线性光学的频率变换技术中, 要求抽 运激光束强度均匀 ; 在高功率固体激光器和放大器 中, 输入光束的不均匀性会导致非线性效应, 使输出 光束质量变坏, 甚至损坏激光工作物质。激光光束 质量不仅影响激光器的整体性能 , 也极大地影响激 光技术的应用水平。通常激光器发出的激光束的空 间强度分布呈高斯分布 , 即高斯激光束。在很多应 用中 , 希望激光束是均匀分布。因此, 对激光光束进
基于zemax的激光光束整形技术试验研究中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051由于半导体激光器的发散角较大且输出的光束光斑是椭圆形因此需要对其输出的光束进行空间整形成一个近似圆形的激光光斑
Vo l. 50 No 3
工程与试验 EN GIN EERIN G & T EST
Sep. 2010
经过扩束镜准直整形之后 , 半导体激光器的发 散角为: = D L ( 2)
L 代表激光传输距离 , D 代表经过扩束准直之 后的光斑直径。将准直之后的参数按上述要求代入 公式 ( 2) , 得: 50 = 0 22m rad; 100 = 0 2m rad; 150 = 0 22mr ad ;
200
衔接扩束镜之后所测得的光斑尺寸数据 50 1 1 100 2 0 150 3 3 200 4 1
传输距离 ( m) 光斑尺寸 ( cm)
3 3 试验结果分析 在未加扩束镜之前 , 激光器的发散角大小按下 式计算 : = D L ( 1)
L 代表激光传输距离 , D 代表光斑直径。 L 分 别取 50m 、 100m 、 150m 以及 200m 。相应的 D 选取 4 5cm 、 10 5cm 、 15 2cm 及 19 8cm 。代入公式( 1) ,
半导体激光引信光束准直整形技术研究的开题报告
半导体激光引信光束准直整形技术研究的开题报告一、研究背景与意义半导体激光引信是一种新型的引信技术，具有可靠性高、反应速度快、安全性好等优点，因此在军事、石油、化工等工业领域得到了广泛应用。
在半导体激光引信中，光束的准直和整形对于保证引信起爆的稳定性和可靠性具有至关重要的作用。
因此，研究半导体激光引信光束准直整形技术，对于提高半导体激光引信的性能和可靠性具有重要的意义。
二、研究内容本次研究的主要内容包括半导体激光引信光束的准直和整形技术，其中具体包括以下几个方面：1.了解半导体激光引信的基本原理和特点，掌握其工作原理和性能参数，为后面的实验设计提供理论依据。
2.研究半导体激光引信光束的准直技术，设计合理的准直装置，通过实验对准直后的光束进行测试和分析，确定最佳的准直参数，提高光束的准直度。
3.研究半导体激光引信光束的整形技术，通过设计不同的整形装置对光束进行整形，测量和分析整形后的光束的参数和特性，确定最佳整形参数，提高光束的稳定性和一致性。
4.对准直和整形技术进行综合优化，通过实验测试对准直和整形参数进行调整，提高光束的质量和稳定性。
三、研究方法本次研究采用实验研究和理论分析相结合的方法，主要包括以下几个方面：1.通过文献调研和实验测试了解半导体激光引信的基本原理和特点，为后续实验设计提供理论依据。
2.利用光学调节器、反射镜、聚焦镜等装置设计准直和整形装置，通过实验测试和测量对光束进行准直和整形。
3.利用数字化图像处理技术对光束的准直和整形效果进行分析和比较，确定最佳的准直和整形参数。
4.通过实验测试不同参数下光束的性能，对准直和整形参数进行综合优化，提高光束的质量和稳定性。
四、研究预期成果本次研究的预期成果包括：1.掌握半导体激光引信的基本原理和性能参数，提高对半导体激光引信的认识。
2.设计出合理的准直和整形装置，实现对光束的准直和整形，提高光束的质量和稳定性。
3.优化准直和整形参数，实现光束参数的一致性和稳定性，提高半导体激光引信的可靠性和性能。
大功率半导体激光器阵列光束整形新进展----文献
轴）上的发散角很大且不对称， 快轴方向发散角一般
为 ３６°～４０°（ 半 峰 全 宽） ， 慢 轴 方 向 一 般 为 ８°～１２°（ 半 峰
全宽）； 快轴方向光束质量接近衍射极限， 为基横模高
斯分布， 慢轴方向光束质量极差， 为多模厄米－ 高斯分
布。
ＬＤＡ 激 光 束 的 光 束 质 量 一 般 采 用 光 束 质 量 因 子
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综合评述 ｜ 激光技术 ＲＥＶＩＥＷ
点在于第二部分， 其设计前提为准平行光入射， 讨论 重 点 是 ＬＤＡ 光 功 率 密 度 的 改 善 。
光 束 整 形 的 关 键 技 术 主 要 包 括 ： １） 由 于 ＬＤＡ 光 束在快轴方向上的发散角很大， 用于准直快轴发散角 的 微 柱 透 镜 的 数 值 孔 径 必 须 很 大 ， 同 时 微 透 镜 与 ＬＤＡ 的几何尺寸及两者之间的距离都很小， 因此微柱透镜 的 设 计 、加 工 、安 装 和 调 整 都 非 常 关 键 ； ２） ＬＤＡ 光 束 为多模分布， 回旋对称性较差， 整形的同时保证效率 难度很大； ３） 在需要将光束耦合进光纤的应 用中， 为 提高耦合效率， 必须使整形之后光束的光束质量因子 小于光纤的光束质量因子； ４） 在特殊应用场所， 必须 设 计 ＬＤＡ 光 束 整 形 器 使 其 得 到 特 殊 光 场 分 布 。
激光二极管光束基础控制及其特征
激光二极管光束基础控制及其特征1. 介绍1.1 激光二极管光束的定义与特征激光二极管是一种电光转换器件，其特点是尺寸小、发光效率高、功率低、寿命长。
激光二极管光束是该器件通过特定工艺处理后的输出光束。
激光二极管光束具有高单向性、光束发散度小等特点。
1.2 激光二极管光束控制的重要性激光二极管的应用领域广泛，如光通信、激光雷达、医疗美容等。
在不同应用场景下，对激光二极管光束的控制需求也不同。
了解激光二极管光束的基础控制方法及其特征，可以为不同应用场景下的系统设计和优化提供重要参考。
2. 激光二极管光束基础控制方法2.1 温控方法激光二极管的工作温度对光束的发散度有一定影响。
通过控制激光二极管的工作温度，可以实现光束的控制。
常见的温控方法有恒温控制和渐变温控。
2.2 电流控制方法激光二极管的输出功率与驱动电流有一定的关系。
通过调节激光二极管的驱动电流，可以实现对光束功率的控制。
常见的电流控制方法有恒定电流控制和脉冲电流控制。
2.3 光学控制方法光学控制方法主要通过对激光二极管光束的透镜系统进行设计和优化，实现对光束的聚焦、扩束等控制。
常见的光学控制方法有透镜组合、光栅等。
3. 激光二极管光束特征的分析3.1 光束发散度光束发散度是指光束从光源出射后的扩散程度。
激光二极管光束具有较小的发散度，可以实现远距离传输。
3.2 光束形状激光二极管光束的形状多种多样，如高斯光束、多模光束等。
光束形状对于不同应用场景具有重要影响，需要根据具体需求进行选择。
3.3 谐振腔长度激光二极管的谐振腔长度决定了光束的频率。
通过调节谐振腔长度，可以实现对光束频率的控制。
3.4 光束功率激光二极管的驱动电流决定了输出光束的功率大小。
可以通过调节驱动电流实现对光束功率的控制。
4. 结论激光二极管光束的基础控制方法包括温控、电流控制和光学控制等。
了解和掌握这些基础控制方法可以实现对激光二极管光束的有效控制。
此外，激光二极管光束具有发散度小、光束形状丰富、谐振腔长度可调和功率可控等特点，可以根据不同应用需求进行选择和优化。
激光二极管光束基础控制及其特征
激光二极管光束基础控制及其特征激光二极管（LD）是一种半导体元件，定向发出非常集中的光束。
通常使用的激光二极管转化效率较高，功率范围广，可以在许多应用中使用。
如脉冲激光器、测量仪器、激光照明、激光通信等。
本文将介绍激光二极管光束控制的基础知识和其特征。
激光二极管光束基础控制包括激光输出光束的质量和稳定性以及光束的形状和大小控制。
这些参数可以通过在二极管结构中添加反射镜、调制器、外部反馈等元素来控制。
激光二极管的特征之一是其输出光束的方向性和准直性。
激光二极管的输出光线往往呈现出明显的峰值，这是由于反射镜的准确处理和光束的单模设计可以使光线固定到一个明确的方向。
此外，在激光二极管光束的控制下，可以更准确地定位所需的光束。
在激光定位和高光束调光器的应用中，光束所能达到的方向和尺寸精度是至关重要的。
激光二极管光束的质量和稳定性是另外一个特征。
在光源的使用中，光束的误差可能影响到了光束的制备和实验结果。
为此，光束控制系统需要采取一些措施来消除激光二极管光束的不稳定性。
例如，在光束发生变化时，光束控制系统会立即采取反馈行动，将光束拉回到光线中心，从而提高光束质量和稳定性。
光束中的功率控制是另一方面的关键元素。
激光二极管一般发射高功率的窄条涉及多个模式，但只有一个模式是可以使用的。
通过使用合适的激光波长和控制条件，在保持光束准直性的同时，可以向光束中输入所需瞬间功率。
综合来看，激光二极管光束的特征非常适合在许多现代技术应用中使用，例如制造业组件、质量控制、光学传感器以及光通信等。
控制系统需要能够高度精准地调节光束，以满足这些应用。
在激光二极管光束的使用中，控制它的方向、尺寸和功率等参数是光束控制系统中的关键元素。