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
为了提高半导体激光器作为光纤激光器、固体激光器泵浦源的亮度，基于光束准直、空间光束合成、偏振光合成、光纤耦合等技术，提出了一种紧凑的光束整形系统来均衡半导体激光器快慢轴的光束质量，采用类似阶梯型棱镜和两个30°的直角棱镜填充快轴方向暗区，并用偏振合束器对慢轴光束宽度进行压缩的光束整形方案，设计出了一种紧凑的高亮度光纤耦合系统。该系统由8个mini-bar组成的半导体激光器叠阵耦合进芯径为100 μm、数值孔径为0.22的光纤中，其输出功率为272.4 W，光光转换效率为85.1%，亮度高达22.832 MW/（cm2·sr）。
光学设计与制造 泵浦亮度 光束准直 光纤耦合 阶梯型棱镜 偏振合束器 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1522002
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
在同轴两片反射镜光学天线的空间激光通信终端中, 入射高斯光束的中心最高能量部分被次镜及次镜支架遮挡, 导致部分能量损失。为了减小能量损失, 提高系统发射效率, 将非球面整形镜应用在发射端准直扩束系统中, 实现高斯光束到平顶光束的整形, 以减小次镜及次镜支架遮挡损失的能量, 同时对光束进行准直扩束。所设计的非球面整形系统入射面直径d=3 mm, 出射面直径D=12 mm, 波长λ=1550 nm, 玻璃材料为BK7, 输出面上的光强分布接近均匀, 发散角θ=1.216 mrad。对比分析传统球面扩束镜与非球面整形扩束镜可知：同等参数条件下, 采用非球面整形扩束镜的发射端的发射效率提高了11.1%。
光通信 空间激光通信 非球面 光束整形 扩束准直 激光与光电子学进展
2018, 55(10): 100601
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 中国北车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 100083
针对空间三维坐标的测量需求, 设计了3D激光雷达光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式, 以高斯光学为理论基础, 采用Zemax光学设计软件进行仿真。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰, 而且简化了系统结构、缩小仪器体积。系统采用扩束准直结构, 实现8倍扩束比。通过微小的调焦, 调整发射光学系统的第一片和第二片透镜之间距离在28.203～14.671 mm之间变化时, 实现了2～18 m的测量范围内, 测距精度0.02 mm+10 μm/m。
激光雷达 扩束准直 高斯光学 发射/接收共光路 laser radar expanded beam collimation Gaussian optics transmit/receive common path 红外与激光工程
2016, 45(6): 0618004
1 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,长春 130022
2 长春理工大学 空地激光通信技术重点学科实验室,长春 130022
将夫琅和费衍射积分中的贝塞尔函数用高斯函数近似,得到经圆孔径准直光学系统衍射后高斯光束远场发散角的近似解析式.在不同衍射情况下,将其与严格夫琅禾费衍射积分进行比较,发现二者求解出的远场发散度接近.衍射孔径大小相同情况下,近似解析式与真实值的误差随准直前光束初始束腰的增大而减小;初始束腰不变的情况下,随着衍射孔径的增大,误差值略有上升,但最终趋于平稳.在初始束腰半径不小于2 μm的前提下,误差值最大不超过3.4%.该近似解析式在各种衍射情况下都能较为准确地表征准直圆孔衍射高斯光束远场发散度,且形式简单.对比不同衍射孔径和光束初始束腰条件下的光束发散度仿真结果可知,光束发散度随衍射孔径的增大而减小,随初始束腰的增大而增加.
衍射光学 高斯光束 近似解析式 远场发散度 光束准直 Diffraction optics Gaussian beam Approximate analytic formula Far-field divergence Beam collimation 光子学报
2015, 44(11): 1105001
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 中国人民解放军 装备指挥技术学院 航天指挥系, 北京 101416
3 军械工程学院 光学与电子工程系, 石家庄 050003
为了实现半导体激光器的光束准直, 分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元, 提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后, 快轴方向剩余发散角约为0.34°, 慢轴方向剩余发散角约为2.69°。结果表明, 像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直, 而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。
激光器 光束准直 微透镜 像散 剩余发散角 填充因子 lasers beam collimation microlens astigmatism remaining divergence angle fill factor
桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西 桂林 541004
针对声光偏转效应相干探测信号光斑随射频信号变化的偏移特性，利用光斑重叠物理模型，研究了光斑结构与探测效率的关系，分析了光束准直、探测器有效光敏面半径以及本振光能量匹配等因素对相干光探测效率的影响。计算机仿真和实验测试验证表明，以能量分布均匀的光斑作为本振光斑，对信号光斑在一定范围内漂移的光斑重叠相干探测效率改善十分有利，空间失配角在±0.5 rad内，重叠效率下降不到5%；采用光斑压缩准直处理能有效保证系统混频光束准直性，并且重叠光斑能量利用率高，系统光学匹配好。
声光偏转 相干探测 光束准直 光斑重叠 探测效率 acousto-optic deflection coherent detection beam collimation light spot overlapping detection efficiency
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室量子频标研究室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
锶原子(5s2)1S0-(5s5p)3P1互组跃迁自然线宽远窄于其单态间的(5s2)1S0-(5s5p)1P1偶极跃迁，在光频标中有着实际的应用。为获得该跃迁线的高质量光谱，从理论上分析了利用毛细管准直的热原子束中，锶原子(5s2)1S0-(5s5p)3P1互组跃迁荧光光谱的谱线增宽因素，包括多普勒增宽、激光线宽、饱和增宽和渡越增宽。利用不同准直度的原子束实验获得了该互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱，较高准直的原子束获得荧光谱线宽仅为6.5 MHz，与饱和荧光谱的兰姆凹陷线宽(1.7 MHz)在同一个数量级上，大大减小了谱线的一阶多普勒增宽。通过对频率直接调制将激光器锁定在该谱线上，锁定后激光的线宽约为0.72 MHz。
激光光谱 谱线增宽 互组跃迁 原子束准直
中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
针对高功率全固态激光器抽运源的需求, 开展了808 nm连续1500 W阵列激光器封装技术研究。理论上从封装应力、封装热阻和光束整形等三方面分析了大功率激光器封装的要求。解释了封装应力来源、表现和缓解途径; 模拟了微通道热沉结构的封装散热效果云图; 指出了光束整形的必要性以及与封装残余应力的关系。技术上通过研制铟/金复合焊料体系, 配合控制烧焊曲线和烧焊过程, 得到了良好的烧焊效果; 结合设计使用高精度光束整形装配夹具, 实现阵列平均“smile”值2 μm, 发散角6 mrad的实验效果。
激光器 封装 烧焊 应力 热阻 准直
Joint Laboratory for Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fins Mechanics, Academia Sinica, P. O. for 800-211, Shanghai, China
Chinese Journal of Lasers B
1995, 4(6): 489
