哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080
单分子定位技术通过随机激发荧光标记获得一组稀疏的图像序列，同时对荧光点进行亚像素级别定位，最终实现超分辨显微成像。基于拟合的单分子定位算法，如单发射（SE）及多发射（ME）定位算法，通过对估计器性能进行改进提高了单分子定位的精度和速度；然而，受失配误差和串扰误差的影响，SE算法和ME算法在不同密度情况下各有优劣，均无法达到全密度范围内最优的估计效果，并且分别存在荧光分子利用效率低和计算量大的缺点。本文提出了自适应混合发射单分子定位（SM）算法，该算法通过图像荧光发射密度及强度自适应地确定的拟合区域以及所采用的拟合模型及模型初值，有效避免了上述两种误差的影响，达到了全密度范围内一致、良好的定位效果。在仿真和实验数据上将所提SM算法与SE算法、ME算法进行比较，结果显示，SM算法重构图像的分辨率和对比度在不同发射密度下均具有优势。
生物医学 单分子定位显微技术 超分辨成像 单发射模型 多发射模型 自适应算法 中国激光
2023, 50(21): 2107106
北京工业大学 激光工程研究院，先进半导体光电技术研究所，北京 100124
为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率，通过对常见的阶梯型多单管半导体阵列进行分析，提出在光斑尺寸较小的慢轴方向对光束进行填充，在同样的耦合条件下，使更多的激光能量耦合进光纤中，实现更高功率的输出。文中使用光参数积作为评价光束质量的指标，论证了慢轴光束填充的可行性，利用ZEMAX仿真软件对8路常见阶梯型多单管半导体阵列和12路填充阵列进行对比仿真，在不影响耦合效率的前提下，实现了将12路波长为860 nm、输出功率3 W的单管半导体激光器耦合进芯径105 μm、数值孔径0.22的光纤中，光纤输出功率为33.4 W，光纤耦合效率为92.78%。仿真结果表明，对慢轴方向进行光束填充可以在一定程度上提高多单管半导体激光的功率输出。
单管半导体激光器 空间合束 光纤耦合 ZEMAX single emitter diode laser spatial combination ZEMAX fiber coupling 强激光与粒子束
2020, 32(7): 071005
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学省部共建协同创新中心, 山西 太原 030006
提出一种用于高效率收集单粒子荧光的锥形空心波导探针。在理论上采用数值模拟得到了锥形空心波导探针对单粒子荧光的收集效率。通过优化探针几何尺寸可得,单粒子为径向偏振时探针对单粒子荧光的收集效率最高为25.3%,普遍高于利用高数值孔径透镜的传统方法。综合发光粒子不同方向的偏振后可知,探针的平均收集效率可达21.7%,最优工作距离为0.75 μm。此外,探针对单个粒子荧光的收集效率和工作距离对于粒子发射光的波长不敏感,故此探针可以用于对具有不同波长的各类粒子和宽谱发光粒子的高效率探测。此探针直径为微米量级,易于与其他微纳结构结合。此探针可用于单原子、单分子、量子点、金刚石色心等粒子的高效率探测,并有望进一步用于化学、生物微小发光体等的探测。
量子光学 单粒子探测 空心波导 光与原子相互作用
北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
随着单管半导体激光器光纤耦合技术的不断发展, 为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率, 本文采用曲面空间排列方式对多个单管半导体激光器进行合束研究, 使更多数量的单管半导体激光器耦合进入同一光纤中, 获得更高的输出功率。文中利用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟, 将34只波长为975 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器合束聚焦后耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中, 获得耦合效率91.76%、输出功率312.03 W的激光系统。实验中, 将17只单管半导体激光器耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中, 在10.5 A的驱动电流下, 输出功率为100.5 W, 系统耦合效率为68.46%。
单管半导体激光器 曲面空间合束 光纤耦合 single emitter diode laser curved surface spatial combination ZEMAX ZEMAX fiber coupling
根据单管半导体激光器出射光束特点，分别采用1/e2、环围能量以及二阶矩定义描述光束束宽，在高斯光束近似下采用双曲线拟合法测算得到不同方法定义束宽时的光参数积(BPP)，并与芯径为105 μm、数值孔径为0.2 的光纤所能接受的最大BPP 进行比较。对该单管半导体激光器进行光纤耦合，实验中单管半导体激光边模数量随注入电流的增大逐渐增多，光束质量的恶化导致其光纤耦合效率逐渐降低，当注入电流由1 A 增大到13 A 时，光纤耦合效率由96.5%降为88.8%。研究表明以二阶矩定义束宽半径测算光参数积BPP 去描述与评价单管半导体激光器光束质量特征是最为准确合理的。
激光器 半导体激光器 单管 光纤耦合 光束质量 光参数积 二阶矩
1 河北工业大学信息工程学院, 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津300130
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄050051
为了减小长腔长高功率单管半导体激光器在封装过程中引入的热应力, 根据应力改变禁带宽度的原理, 理论上推导了应力与波长漂移的关系, 提出了一种通过测量激光器脉冲条件下的光谱来定量计算激光器应力的方法。 利用这种方法得到的研究结果表明, 焊接质量直接决定着应力的大小, 由焊接质量的不同引起的应力差值超过了300 MPa, 提出了优化焊接回流曲线的方法, 使激光器的应力由原来129.7 MPa降低到53.4 MPa, 该方法还有效的解决了封装应力随储存时间变化的问题。 实验表明, 激光器光谱图的测量分析是研究高功率单管半导体激光器封装应力的有效方法, 也是检测分析烧结工艺的有效手段。
封装应力 焊接质量 焊接回流曲线 光谱 单管激光器 Packaging stress Soldering quality Reflowing soldering curve Spectrum Single emitter laser 光谱学与光谱分析
2014, 34(6): 1441
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
1 中国科学院 激发态物理重点实验室 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 研究生院, 北京100039
随着半导体激光光源在激光加工领域的应用不断扩展, 以激光二极管阵列制成的光纤耦合模块由于存在耦合效率低的缺点, 已不能满足激光加工低成本的需求, 因此研制高耦合效率的半导体激光器光纤耦合模块变得十分重要。本文将8只波长为808 nm、输出功率为5 W的单管半导体激光器通过合束技术耦合进光纤, 制备了一种高效率的半导体激光器光纤耦合模块。光纤芯径为200 μm、数值孔径(NA)为0.22, 光纤输出功率为33.2W, 耦合效率超过83%, 这种高效率半导体激光器光纤耦合模块, 可用于激光打标、塑料加工等领域。
单管半导体激光器 高效率 光纤耦合 合束 single emitter diode laser high efficiency fiber coupling beam combination
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 西安炬光科技有限公司,陕西 西安 710119
3 上海交通大学 理学院,上海 200240
中国科学院“计划”项目资助课题。
激光器 半导体激光器 高功率 单发射腔 热阻 特征温度
