Author Affiliations
Abstract
1 National University of Defense Technology, College of Advanced Interdisciplinary Studies, Changsha, China
2 National University of Defense Technology, Nanhu Laser Laboratory, Changsha, China
3 National University of Defense Technology, Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha, China
Orbital-angular-momentum (OAM) multiplexing technology offers a significant dimension to enlarge communication capacity in free-space optical links. The coherent beam combining (CBC) system can simultaneously realize OAM multiplexing and achieve high-power laser output, providing substantial advantages for long-distance communication. Herein, we present an integrated CBC system for free-space optical links based on OAM multiplexing and demultiplexing technologies for the first time, to the best of our knowledge. A method to achieve flexible OAM multiplexing and efficient demultiplexing based on the CBC system is proposed and demonstrated both theoretically and experimentally. The experimental results exhibit a low bit error rate of 0.47% and a high recognition precision of 98.58% throughout the entire data transmission process. By employing such an ingenious strategy, this work holds promising prospects for enriching ultra-long-distance structured light communication in the future.
orbital angular momentum coherent beam combining free-space optical communication bit error rate 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036003
作者单位
摘要
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 中航凯迈(上海)红外科技有限公司, 上海 201306
3 中国人民解放军32031部队, 河南 开封 475000
为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统的光束控制模型,并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测,并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算;进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后,采用两路不同波长的激光束,配合光束监测与调节装置,搭建了闭环合束模拟实验平台,对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明:在长时间的工作过程中,两路激光均实现了与基准光路的精密合束,合束指向精度优于±7 μrad,位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势,而且可实现激光束的周期性闭环校正,能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。
激光合束 光束监测 光束控制 指向偏差 位置偏差 laser beam combining beam monitoring beam control beam direction deviation beam positional deviation 
中国光学
2024, 17(2): 342
作者单位
摘要
1 长春理工大学理学院 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春  130022
2 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
将一个808 nm宽发射区半导体激光器应用于纵模选择束腰劈裂偏振合束外腔中,实现了高光束质量、高亮度和窄线宽的激光输出。所获激光输出功率为5.08 W,快慢轴光束质量M2=1.85×18.2,慢轴光束质量较自由运转激光器提高48%,输出激光亮度B=22.74 MW·cm-2·sr-1,是原激光器自由运转的1.3倍。所获激光光谱线宽为0.47 nm,压缩至原激光器自由运转的光谱宽度的0.14。
半导体激光器 合束 外腔 semiconductor laser beam combining external cavity 
发光学报
2024, 45(3): 500
王路达 1吴伟冲 1朱占达 1,2,3,4白振旭 5[ ... ]李强 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 北京工业大学 材料与制造学院激光工程研究所,北京 100124
2 跨尺度激光制造技术教育部重点实验室,北京 100124
3 北京市激光技术工程研究中心,北京 100124
4 北京市高等院校先进激光制造工程研究中心,北京 100124
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长, 从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1061.5 nm和1064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M2为2.8 × 2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。
双波长 Nd:YAG激光器 光谱合束 输出能量 光束质量 dual-wavelength Nd:YAG lasers spectral beam combining output energy beam quality 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230411
董一甲 1,2刘杰 1赵欣瑞 1,2林星辰 1[ ... ]朱洪波 1,*
作者单位
摘要
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
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
The high-power mode-programmable orbital angular momentum (OAM) beam has attracted significant attention in a wide range of applications, such as long-distance optical communication, nonlinear frequency conversion, and beam shaping. Coherent beam combining (CBC) of an optical phased array (OPA) can offer a promising solution for both generating the high-power OAM beam and rapidly switching the OAM modes. However, achieving real-time phase noise locking and formation of desired phase structures in a high-power CBC system faces significant challenges. Here, an internal phase-sensing technique was utilized to generate the high-power OAM beam, which effectively mitigated thermal effects and eliminated the need for large optical devices. An OPA with six elements was employed for experimental demonstration. The first effective generation of over 1.5 kW mode-programmable OAM beam in a continuous-wave domain was presented. Moreover, the results demonstrated that the generated OAM beam could be modulated with multiple dimensions. The topological charge can be switched in real time from -1 to -2. Notably, this OAM beam emitter could function as an OAM beam copier by easily transforming a single OAM beam into an OAM beam array. More importantly, a comprehensive analysis was conducted on power scaling, mode switching speed, and expansion of OAM modes. Additionally, the system’s compact design enabled it to function as a packageable OAM beam emitter. Owing to the advantages of having high power and programmable modes with multiple dimension modulation in phase structures and intensity distribution, this work can pave the way for producing high-power structured light beams and advancing their applications.
orbital angular momentum optical vortex optical phased array coherent beam combining 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021402
张超 1,2林学春 1,2,**赵鹏飞 1,*董智勇 1[ ... ]于海娟 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 101407
大功率高光束质量半导体激光器在激光加工、激光通信、科学研究等方面有着广泛的应用,提高半导体激光器的功率和光束质量一直都是国际的研究前沿和学科热点。合束技术是提高半导体激光器输出功率最简单有效的方法。非相干合束技术提高输出功率往往以损失空间、偏振或光谱特性为代价,在对光束特性要求不高的场合应用较为成熟。相干合束技术在提高半导体激光器输出功率的同时还能提高光束质量、压窄频谱宽度,是高亮度窄线宽半导体激光技术发展的重要方向。本文简述了相干合束技术的原理及要求,从锁相技术出发,综述了半导体激光器相干合束技术近年来的发展现状,总结了主动锁相和被动锁相的优缺点,主动锁相技术采用主振荡放大结构通过相位负反馈技术实现锁相,在合束单元数量上具有优势,能获得大功率相干输出,但结构较为复杂。被动锁相技术结构简单,一般通过外腔的衍射效应或者共腔技术实现单元间的相位锁定,具备自组织锁相特点,但不易获得高功率输出。最后对半导体激光器相干合束技术的未来发展进行了展望。
相干合束 半导体激光器 锁相 高光束质量 高功率 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114007
作者单位
摘要
国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
从文献引用的视角全面回顾总结了光纤激光相干合成二十余年的研究历程。按照学术发展初期、学术高速发展期、学术发展平缓期和技术发展关键期等4个阶段,分别介绍了光纤激光相干合成的代表性成果,分析并总结了学术水平和影响力较为突出的文献,梳理了光纤激光相干合成从概念提出到实际应用的演进脉络,研判了未来发展趋势。
激光光学 相干合成 光纤激光 研究历程 
中国激光
2024, 51(1): 0121002
作者单位
摘要
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
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第十一研究所,固体激光技术重点实验室,北京 100015
通过光纤激光光谱合成技术,可以打破单个光纤激光器输出功率受非线性因素制约的限制,实现更高功率的激光输出。通过梳理光谱合成技术的发展历程并分析其现状,对其原理及优劣势进行分析,结合自身研究,设计了一款便携式3路合成系统,通过设计及优化光纤激光器的放大结构,严格把控参与合束的子束光源的质量,将1055、1070和1085 nm三路高功率窄线宽光纤激光进行合束,对合成系统中采用的双色镜进行研究,对其膜系指标进行严格的设计,对高陡度截止滤光膜的设计方法以及制备工艺进行分析,对其热损伤规律及控制技术进行研究,优化整个合成系统,最终实现合成功率9650 W的高功率激光输出,合成效率92%,光束质量M2为1.7,并对未来双色镜光谱合成进行了展望。
光纤激光器 高功率 窄线宽 双色镜 光谱合成 fiber laser high power narrow linewidth dichroic mirror spectral beam combining 
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121004

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