以波长分别为633 nm和1319 nm的激光为例研究了激光耦合共焦系统。 为满足两种波长的激光合束聚焦后的会聚角小于10°的设计要求, 提出了两种解决思路:一是用反射镜和二向色镜 使双波长激光实现共光路,然后经离轴抛物面反射实现共焦;二是用透镜组耦合的方法把双波长激光分别耦合进二 合一合束器,合束器采用单模光纤,其芯径为9 μm, 数值孔径(NA)为0.14, 根据光纤和激光器参数设计耦合透镜组。 综合考虑采用第二种方法进行实验,给出实验方法及测量结果,并计算出两种波长激光各自的耦合效率。实验结果 表明:光纤耦合器耦合法能实现双波长激光合束,并且耦合效率较高,输入波长为633 nm、1319 nm时系统的耦合效率分别大于40%、30%, 实验结果满足设计要求,达到了预期效果。

利用空间合束技术和光纤耦合技术将9只波长为915 nm单管芯半导体激光器高效率耦合进光纤中, 制备出具有高功率、高亮度输出光纤耦合模块。应用ZEMAX光学软件进行模拟仿真后通过实验验证, 光纤耦合模块可以通过芯径105 μm、数值孔径0.22的光纤输出大于110 W的功率, 并且亮度达到8.64 MW/(cm2·sr)。

为了解决激光切割钢化玻璃过程中由于热应力导致产生裂纹并发生破裂的技术难题, 建立了光液耦合模型, 采用FLUENT软件进行了耦合腔内多场分析, 获得了微水导激光切割钢化玻璃的工艺参量。结果表明, 在喷口口径为0.4mm、水束压力为20MPa、激光功率为48W、切割速率为20mm/s的工艺条件下, 厚度为0.5mm及1.0mm的玻璃试样的切割表面均比较光滑、基体内无微裂纹存在, 切缝宽度约为100μm。该双注水口耦合装置的设计是合理的, 能够满足钢化玻璃切割工艺的要求。

针对选用分布反馈激光二极管(DFB LD)作为激励光源的光声气体检测系统，首先分析了温度和注入电流 对激光稳定性(包括激射波长和输出光功率)的影响。然后提出了一种蝶形封装的DFB LD在光声甲烷检测系 统中的应用方案。实验结果表明，该方案的温控系统和波长调制驱动模式可以产生稳定可靠的光声信号，具 有一定的参考价值。最后根据现有蝶形DFB LD封装在光声气体检测系统中后存在的缺点，探讨了激光耦合 输出方式的改进构想。

为了能通过背光面温度测量获得材料激光耦合系数，从傅里叶热传导方程出发，在一定的近似条件下推导出了不透明金属材料的表面激光耦合系数与背光面温升的关系表达式，给出了工程反演算法。采用两种不同的方法对反演算法进行了验证：一是用反演算法计算30CrMnSiA材料的1.3 μm激光耦合系数，与文献报道的实验测量值进行比较；另外是实验测量4 mm-30CrMnSi钢板的背光面温升，反演得到1.3 μm激光耦合系数随辐照时间和温度的变化，然后数值计算背光面温升并与原始实验测量结果进行比较。验证结果表明，借助于背光面测温反演激光耦合系数的方法可行，精度可以满足激光辐照效应研究的要求。

为了保证水导激光微细加工中会聚激光与水束光纤的耦合效果,建立了由一个高精度耦合对准检测调整系统和一个特殊结构耦合装置组成的新的耦合系统,并提出了新的耦合对准方法。由于激光要经过空气层、玻璃层、水层进入水束光纤,因此根据计算结果,采用激光烧斑法来确定会聚透镜与水束光纤起始端(喷嘴孔)的距离;研究了激光在水束光纤中发生全反射的最大入射角;通过流体动力学仿真,设计了腔内流场分布均匀的耦合装置,保证了直径0.12 mm的水束光纤的高耦合品质;研究了激光能量在水束光纤中的衰减,采用特定波长和脉冲能量的激光和特殊过滤的去离子水来减小激光能量在水束光纤中耦合的损耗率。实验结果表明,水束光纤导光长度超过100 mm;采用该耦合技术能够在0.2 mm厚的硅基晶片上以2 mm/s速度切割出缝宽为0.12 mm的均匀窄缝,且几乎无裂纹、无热影响区。该耦合技术能够很好地满足水导激光微细加工的要求。