激光發(fā)射系統(tǒng)
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2023-11-18
激光發(fā)射系統(tǒng)的實(shí)例教程
關(guān)鍵詞：高功率激光發(fā)射系統(tǒng)；擴(kuò)束系統(tǒng)
1 引言
高功率激光發(fā)射系統(tǒng)是強(qiáng)激光空間傳輸系統(tǒng)中不可缺少的裝置。對(duì)高功率激光發(fā)射系統(tǒng)的研究一直是激光應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。高功率激光發(fā)射系統(tǒng)通常由準(zhǔn)直系統(tǒng)、導(dǎo)光光路系統(tǒng)和擴(kuò)束系統(tǒng)組成,光學(xué)系統(tǒng)要求具有高抗激光損傷閾值、高反射率、熱變形小等特點(diǎn)。這里我們主要討論擴(kuò)束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
2 設(shè)計(jì)要求
項(xiàng)目
指標(biāo)要求
發(fā)散角
<3mrad
擴(kuò)束前光束寬度
45mm*45mm
擴(kuò)束比
2
系統(tǒng)波像差
λ/4
波長(zhǎng)
10.6um
兩鏡間距
200mm左右
3 設(shè)計(jì)方案選擇
由于激光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，出射光束直徑較大，大口徑透鏡材料價(jià)格昂貴，反射系統(tǒng)便于冷卻，同時(shí)為了避免中心遮攔對(duì)激光能量的損失,提高系統(tǒng)的發(fā)射能量，故高功率激光擴(kuò)束系統(tǒng)選擇離軸無(wú)焦卡塞格林系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束。所設(shè)計(jì)的離軸卡塞格林?jǐn)U束系統(tǒng),其擴(kuò)束倍率為2倍,主鏡離軸量265mm,次鏡離軸量132.5mm,主鏡為凹拋物面,次鏡為凸拋物面。
4設(shè)計(jì)步驟
根據(jù)主次鏡間距和擴(kuò)束比計(jì)算主次鏡的曲率半徑，主次鏡曲率半徑分別為800mm和400mm。
展開(kāi) 在本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來(lái)仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會(huì)說(shuō)明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來(lái)模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來(lái)描述整個(gè)激光器件。研討會(huì)將重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來(lái)計(jì)算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒?yàn)量測(cè)的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來(lái)表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進(jìn)行增益與激光器設(shè)計(jì)。無(wú)論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計(jì)人員，本次研討會(huì)都將幫助您學(xué)習(xí)如何進(jìn)行激光器的設(shè)計(jì)。歡迎報(bào)名！
展開(kāi) 在本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來(lái)仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會(huì)說(shuō)明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來(lái)模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來(lái)描述整個(gè)激光器件。研討會(huì)將重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來(lái)計(jì)算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒?yàn)量測(cè)的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來(lái)表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進(jìn)行增益與激光器設(shè)計(jì)。無(wú)論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計(jì)人員，本次研討會(huì)都將幫助您學(xué)習(xí)如何進(jìn)行激光器的設(shè)計(jì)。歡迎報(bào)名！
展開(kāi) 『點(diǎn)擊觀看直播回放』
本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來(lái)仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會(huì)說(shuō)明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來(lái)模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來(lái)描述整個(gè)激光器件。重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來(lái)計(jì)算光的傳播與增益特性。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會(huì)后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶(hù)前來(lái)詢(xún)問(wèn)，在此附上本場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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展開(kāi) 闡述了在寬帶增益介質(zhì)中，是什么物理因素決定了激光的發(fā)射波長(zhǎng)，以及如何利用數(shù)值模型最有效地計(jì)算出激光的發(fā)射波長(zhǎng)。
雖然在某些情況下，激光發(fā)射的波長(zhǎng)是很明顯的，但在其他情況下，具有較大增益帶寬或多條發(fā)射線的激光可能會(huì)發(fā)射不同的波長(zhǎng)，這取決于具體情況。在此，將討論兩個(gè)問(wèn)題:是什么因素在物理上確切地決定了激光波長(zhǎng)，以及我們?nèi)绾卧跀?shù)值模型中找到它?我們把討論限制在連續(xù)波激光器;例如，對(duì)于q開(kāi)關(guān)激光器，有些方面是不同的。
物理學(xué)
有時(shí)人們會(huì)說(shuō)，激光器會(huì)在增益介質(zhì)中產(chǎn)生最大增益的地方發(fā)出激光。這是不可能的，因?yàn)橹C振器的損耗基本上與波長(zhǎng)有關(guān)。因此，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該基于凈增益，即增益減去損耗(均以分貝衡量)。
這還不是全部的事實(shí)。對(duì)于準(zhǔn)三能級(jí)增益介質(zhì)(光纖激光器的正常情況)，增益譜的形狀取決于激發(fā)能級(jí)。那么對(duì)于什么激勵(lì)水平，我們應(yīng)該怎樣計(jì)算增益?
理解這一問(wèn)題的一個(gè)好方法是想象泵浦的功率在激光開(kāi)始之前是緩慢增加的。當(dāng)某些波長(zhǎng)的凈增益超過(guò)0分貝時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。然后，激光波會(huì)遲早飽和增益，使凈增益完全保持在0分貝，否則，激光功率將繼續(xù)無(wú)限制地增長(zhǎng)。這意味著激光激活離子的激發(fā)將在激光閾值處被“箝位”到其值，并且增益的光譜形狀不再改變，即使對(duì)于準(zhǔn)三能級(jí)增益介質(zhì)。
在某些情況下，這些都過(guò)于
簡(jiǎn)單。例如，我們可能會(huì)有不均勻的增益飽和
:
其他波長(zhǎng)的增益仍然會(huì)隨著更強(qiáng)的泵浦而上升，因此激光也可能從那里開(kāi)始。這會(huì)導(dǎo)致寬帶發(fā)射或在不同的激光線上同時(shí)發(fā)射。順便說(shuō)一下，這種情況很難模擬，因?yàn)槲覀冃枰紤]不同種類(lèi)的離子
;
主要的困難是獲取所有的光譜數(shù)據(jù)。空間燒孔也可能導(dǎo)致一定程度的不均勻飽和。至少這不涉及關(guān)鍵數(shù)據(jù)，所以可以用一些專(zhuān)門(mén)的模型來(lái)處理它。然而，在這里，我們將自己限制在具有其次增益飽和的簡(jiǎn)單情況。
展開(kāi) 
激光發(fā)射系統(tǒng)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
激光發(fā)射系統(tǒng)的最新內(nèi)容
簡(jiǎn)介
激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)是激光傳輸、激光加工、激光雷達(dá)及天文觀測(cè)等領(lǐng)域的核心光學(xué)組件，可按指定倍率擴(kuò)大光束直徑、壓縮發(fā)散角，保障長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的高平行度與高能量密度。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件，完成激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的全流程建模、仿真、優(yōu)化與性能驗(yàn)證，精準(zhǔn)量化光束傳播特性、像差水平與準(zhǔn)直性能，為工程化設(shè)計(jì)提供可靠數(shù)據(jù)支撐與優(yōu)化方向。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
采用 OAS 軟件序列光線追跡模式
[圖片]
用于光束切趾的圓形鋸齒光闌
VirtualLab Fusion獨(dú)特的模擬技術(shù)使用戶(hù)能夠?qū)V波進(jìn)行詳細(xì)建模，從而評(píng)估對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能和特性的影響。
空間濾波是光學(xué)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，用于細(xì)化激光束，提高其質(zhì)量，并最大限度地減少像差和不必要的衍射效應(yīng)。通過(guò)采用透鏡和光闌的組合，空間濾波選擇性地從激光束中去除不想要的成分
空間濾波是光學(xué)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，用于細(xì)化激光束，提高其質(zhì)量，并最大限度地減少像差和不必要的衍射效應(yīng)。通過(guò)采用透鏡和光闌的組合，空間濾波選擇性地從激光束中去除不想要的成分，例如噪聲、衍射圖案和空間不規(guī)則性。這一過(guò)程確保了更均勻的強(qiáng)度分布，減少了發(fā)散，增強(qiáng)了相干性，從而提高了光束質(zhì)量。空間濾波在各種應(yīng)用中是必不可少的，包括激光加工、全息技術(shù)、顯微鏡和通信領(lǐng)域，其中對(duì)光束特性的精確控制對(duì)于最佳性能和精度至關(guān)重要
垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）是一種二極管激光器，其發(fā)射的近高斯光束垂直于芯片頂面。與傳統(tǒng)的邊緣發(fā)射激光器（光發(fā)射于芯片的一兩個(gè)邊緣）相比，VCSEL在制造和性能方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。
在本例中，我們將介紹如何構(gòu)建VCSEL結(jié)構(gòu)，并模擬和分析反射率、模式和頻率。本例在Ansys Lumerical Multiphysics軟件（2025 R1.1及更高版本）上運(yùn)行，并且需要Ansys Lumerical
摘要
在天文望遠(yuǎn)鏡中，經(jīng)常使用激光導(dǎo)星來(lái)校正大氣畸變。這種人造恒星圖像通常由高功率激光束在幾十公里之外拍攝。為了精確設(shè)計(jì)產(chǎn)生甚至控制激光導(dǎo)星大小的光學(xué)系統(tǒng)，必須考慮激光束的衍射效應(yīng)。在這個(gè)例子中，我們展示如何分析和設(shè)計(jì)一個(gè)激光導(dǎo)星的無(wú)焦系統(tǒng)。
走進(jìn)VirtualLab Fusion
激光導(dǎo)星是幾十公里外的人造“恒星”圖像，對(duì)于天文望遠(yuǎn)鏡的大氣扭曲校正非常重要。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焦斑，必須仔細(xì)控制星體的大小，并在設(shè)計(jì)中考慮慢衍射效應(yīng)。我們?cè)赩irtualLab Fusion中分析和設(shè)計(jì)了這樣的系統(tǒng)，并展示了如何為這些任務(wù)配置傅立葉變換設(shè)置。
激光導(dǎo)星無(wú)焦系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)
在VirtualLab Fusion中，我們演示了如何分析無(wú)焦系統(tǒng)以生成激光導(dǎo)星
在天文望遠(yuǎn)鏡中，經(jīng)常使用激光導(dǎo)星來(lái)校正大氣畸變。這種人造恒星圖像通常由高功率激光束在幾十公里之外拍攝。為了精確設(shè)計(jì)產(chǎn)生甚至控制激光導(dǎo)星大小的光學(xué)系統(tǒng)，必須考慮激光束的衍射效應(yīng)。在這個(gè)例子中，我們展示如何分析和設(shè)計(jì)一個(gè)激光導(dǎo)星的無(wú)焦系統(tǒng)。
摘要
簡(jiǎn)介：激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)(LIDAR)
以下四個(gè)示例設(shè)計(jì)演示了如何使用OptiSystem模擬光檢測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)（LIDAR），具體如下：
?激光脈沖飛行時(shí)間測(cè)量
?相移測(cè)距
?調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）直接檢測(cè)測(cè)距和調(diào)頻連續(xù)波相干測(cè)距
圖1使用直接檢測(cè)的FMCW LIDAR OptiSystem模型示例視圖
1.測(cè)距(飛行時(shí)間)
1)原理簡(jiǎn)介
?使用激光脈沖，飛行時(shí)間測(cè)距法測(cè)量發(fā)射脈沖從發(fā)射裝置行進(jìn)到目標(biāo)并返回接收器所花費(fèi)的時(shí)間
簡(jiǎn)介：激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)(LIDAR)
以下四個(gè)示例設(shè)計(jì)演示了如何使用OptiSystem模擬光檢測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)（LIDAR），具體如下：
□ 激光脈沖飛行時(shí)間測(cè)量
□ 相移測(cè)距
□ 調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）直接檢測(cè)測(cè)距和調(diào)頻連續(xù)波相干測(cè)距
圖1.使用直接檢測(cè)的FMCW LIDAR OptiSystem模型示例視圖
1.測(cè)距(飛行時(shí)間
