1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
采用具有模式转换和无损传输特性的三模非模式选择光子灯笼（PL）实现了976 nm波长的半导体激光的相干合束。相对于半导体激光常规空间孔径相干合束的方式，所提合束光场不会产生旁瓣，且能拥有较高的光束质量。通过仿真PL合束特性，搭建合束实验系统，最终976 nm波长的半导体激光基模输出功率达99.7 mW，转换效率为33.2%。实验结果表明，此合束系统实现了模式转换，使半导体激光能够以基模输出，展现了一种有潜力的半导体激光相干合束的方法。
半导体激光 光子灯笼 相干合束 相位调控 光纤模式 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514006
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春3003
2 中国科学院大学，北京100049
为了分析光子灯笼用于光合束时的模式控制能力波动，建立算法提取光场灰度矩阵，使用数值计算结果替代角功率分布方差来分析光子灯笼模式控制能力随合束功率的波动。根据功率流方程与临近模耦合理论推导了算法的理论基础。从算法结构和灰度值提取精度参数两方面详细介绍灰度提取算法。通过对比复原图与原光场图，证明算法将光强分布情况转化成灰度值矩阵的数值准确性；最后，以自制的3×1光子灯笼在弱主动模式控制下的表现为例，分析其模式控制能力随合束功率变化导致的输出光质量与合束损耗的变化。实验结果解释了合束功率从0增加到270 mW时3×1光子灯笼的光合束损耗曲线斜率变化以及合束光最大高斯拟合度波动。算法能简单、快速地分析光子灯笼用于基模合束光制备时模式控制能力的波动情况，且环境敏感度低，光场功率分布提取准确率大于99%。
半导体激光 模式控制 灰度矩阵 光子灯笼 光合束 diode laser mode control gray matrix photonic lantern beam combining 光学 精密工程
2023, 31(19): 2818
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 长春中科长光时空光电技术有限公司，吉林 长春 130102
本文报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface- Emitting Laser，VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率，实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换，双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转，翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度，进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0 ℃时，每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变，激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换，同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。
垂直外腔面发射半导体激光器 波长调控 双波长 vertical external cavity surface emitting laser switchable wavelength dual-wavelength
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 哈尔滨工程大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对目前工业领域对激光熔覆、激光热处理的应用需求, 研制了10 kW级直接输出半导体激光熔覆光源。采用半导体激光叠阵为单元器件, 将偏振合成技术和波长合成技术相结合, 将2只915 nm和2只976 nm半导体激光叠阵进行合成, 当工作电流为122 A时, 最大输出功率达到10 120 W, 电-光转换效率为46%。实验中还对光源内部的易损光学元件的热效应进行了模拟分析并设计有效的散热结构, 使其最高温度从4422 K下降到320 K, 同时对应的热应力从754 MPa下降到14 MPa, 大幅提升了激光光源的可靠性。
半导体激光器 激光熔覆 激光合成 diode laser laser cladding laser combination
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 江苏华博数控设备有限公司, 江苏 淮安 223100
随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升, 半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求, 研制了波长为976 nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率, 采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏, 使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明, 在工作电流为93 A时, 光源的最大输出功率为5 120W, 电光转换效率达47%, 光斑尺寸为2 mm×16 mm, 光斑分布为平顶分布, 平整度大于90%, 满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。
激光加工 高功率半导体激光器 激光光源 激光硬化 合束 laser processing high power diode laser laser source laser hardening beam combination
1 工业和信息化部电子第五研究所电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室, 广东 广州 510610
2 工业和信息化部电子第五研究所可靠性研究分析中心, 广东 广州 510610
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
对磷锗锌晶体光学薄膜激光损伤的机理进行了实验和理论研究。将同一批生长的磷锗锌晶体切割为6 块，并利用相同的工艺对这些晶体进行抛光；对其中4只样品镀制双波段多层增透膜，利用扫描电子显微镜观察这4只样品的光学薄膜形貌，发现薄膜的大部分区域成膜质量较好，但也有小部分区域形成团簇；利用二次离子质谱仪分析了薄膜的组成成分，发现在该薄膜的ZrO2层含有Pt元素；利用波长为2 μm、脉宽为31 ns的固体激光器对磷锗锌晶体样品进行激光损伤阈值测试，得出4只镀膜样品的激光损伤阈值平均值为0.68 J/cm2，其他2只未镀膜样品的损伤阈值平均值为1.1 J/cm2。利用有限元仿真方法计算了杂质作用下薄膜的激光损伤阈值，研究了杂质颗粒的半径和填埋深度对损伤阈值的影响，计算了薄膜的理论激光损伤阈值，证明了Pt杂质颗粒的存在对磷锗锌晶体表面增透膜的激光损伤阈值有很大影响，所以控制该杂质的浓度对提高薄膜的损伤阈值具有重要意义。
薄膜 激光损伤 杂质诱导 磷锗锌晶体 有限元仿真
发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033
针对高功率半导体激光器存在的光束质量差、单元功率低的缺点，利用合束技术来提高激光功率及光束质量，配合QBH光纤前端帽优化聚焦镜以实现高效耦合。采用11个条宽5.4 mm的迷你线阵合束，通过光束整形、空间合束、偏振合束和波长合束，聚焦耦合进200 μm/0.2光纤。在50 A电流下，实现连续386 W输出，功率密度为1.23 MW/cm2，电光效率为43.6%。在200 W的功率下，该激光器可以切割厚度为1 mm的不锈钢薄板。
半导体激光器 不锈钢薄板切割 激光合束 光纤耦合 diode laser stainless sheet cutting laser coupling fiber coupled
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 焦作大学 机电工程学院, 河南 焦作454000
4 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州215163
为了实现808 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)的高功率输出, 对808 nm VCSEL的 分布式布拉格反射镜(DBR)结构材料进行了优化设计, 分析了AlxGa1-xAs材料中Al组分对于折射率与吸收的影响, 并最终确定了材料。采用非闭合环结构制备了2×2 VCSEL列阵。通过波形分析法对VCSEL列阵的功率进行了测量: 在脉冲宽度为20 ns、重复频率为100 Hz、注入电流为110 A的条件下, 最大峰值功率为30 W; 在脉冲宽度为60 ns、重复频率为100 Hz、注入电流为30 A的条件下, 最大功率为9 W。对列阵的近场和远场进行了测量, 激光器垂直发散角和水平发散角半高全宽分别为16.9°和17.6°。
高峰值功率 垂直腔面发射激光器 列阵 high peak power 808 nm 808 nm VCSEL arrays
重庆邮电大学 信号与信息处理重庆市重点实验室, 重庆 400065
针对OFDM(正交频分复用)信号子载波调制方式识别的问题, 提出了一种将高阶矩和高阶累积量相结合的联合识别算法。该算法首先运用基于高阶矩的特征量把MPSK(多进制相移键控)调制(M=2、4)、64QAM(六阶正交幅度调制)和16QAM(四阶正交幅度调制)区分开, 然后再利用基于高阶累积量的特征量区分BPSK(二进制相移键控)调制和QPSK(四相相移键控)调制。从理论上进行了推导与分析, 该算法对多径衰落与噪声干扰不敏感。计算机仿真结果表明, 所提算法在多径信道条件下具有良好的识别性能。
正交频分复用 子载波 高阶累积量 高阶矩 调制识别 OFDM subcarrier high-order cumulant high-order moment modulation identification
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 武汉工业学院 电气与电子工程学院, 湖北 武汉 430023
与半导体激光Bar条相比, 单管半导体激光器具有光束质量好, 寿命长等优点, 但由于其输出功率小, 故在激光加工等领域的应用受到限制。为提高单管半导体激光器的输出功率, 提出了基于偏振复用技术对多个单管半导体激光器进行光纤耦合的方法。首先, 将16只808 nm单管半导体激光器分成两个单元, 通过空间合束将每个单元上的激光器发出的光合成一路; 然后, 利用偏振复用技术将两个单元发出的光束再次合束, 通过自行设计的聚焦系统将合束后的光束耦合进光纤实现光纤输出, 从而提高了半导体激光器光纤耦合模块的功率水平。实验显示, 当工作电流为5.8 A时, 通过芯径为200 μm、数值孔径(NA)为0.2的光纤的输出功率为67 W, 耦合效率达到84%。此模块在功率和光束质量方面满足激光塑料焊接等应用的要求。
单管半导体激光器 偏振合束 光纤耦合 激光加工 single emitter diode laser polarization multiplexing fiber coupling laser processing
