大功率半導(dǎo)體激光器光束特性及其在泵浦固體激光器中的應(yīng)用研究.pdf

1、近些年，大功率半導(dǎo)體激光器(Laser Diode)及其一維陣列(bar)和二維陣列(stack)作為泵浦源在工業(yè)、軍事等領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是半導(dǎo)體激光器由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的特點，其光場分布復(fù)雜。
　　 在激光二極管泵浦固體激光器(diode pumped solid state laser，DPL)中的應(yīng)用是半導(dǎo)體激光器最主要的應(yīng)用。由于DPL的泵浦光在激光介質(zhì)中的分布起伏很大，對振蕩光的影響必然比燈泵時大的多，研究泵浦

2、光對振蕩光的影響是必要的。隨著DPL的微型化發(fā)展，研究高光束質(zhì)量的微型DPL具有重要的意義。
　　 論文針對大功率半導(dǎo)體激光器的光場特性及其在DPL應(yīng)用方面的問題，提出合理的模型描述大功率半導(dǎo)體激光器的遠場特性，給出較準確的遠場光強分布表達式；研究了大功率半導(dǎo)體激光器陣列遠場光分布；分析了泵浦光對DPL振蕩光場的影響：討論了高光束質(zhì)量的緊耦合泵浦結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容如下：
　　 1.為精確了解半導(dǎo)體激光器大角度光波的傳播特性，

3、對于以TM模工作的大功率半導(dǎo)體激光器，利用兩種方法：遠場近似的非傍軸矢量瑞利--索末菲衍射積分公式和光場矢量的簡單幾何關(guān)系，推導(dǎo)了描述其光波傳播特性的非傍軸矢量場模型。結(jié)論表明，在傍軸區(qū)域標量表達式不會引起太大的誤差；而在非傍軸區(qū)域，大功率半導(dǎo)體激光器的矢量光場和標量光場的光強分布有明顯差異。這一結(jié)論對于高精度準直、反源計算等領(lǐng)域的研究具有重要作用。
　　 2.基于大功率半導(dǎo)體激光器的雙峰遠場模型，對bar和stack兩種類型的

4、激光器進行仿真；定量描述了均勻區(qū)域以及出現(xiàn)雙峰的位置，并利用數(shù)值擬合的方法擬合了計算bar和stack光強分布均勻區(qū)域和出現(xiàn)類似于單發(fā)光源的雙峰分布位置的經(jīng)驗公式。利用這些公式只需根據(jù)器件手冊給出的參數(shù)，可求出任意給定參數(shù)的bar和stack光強分布均勻的區(qū)域和出現(xiàn)類似于單發(fā)光源的雙峰分布的位置。該結(jié)果可為bar和stack型激光器在實際光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用以及光束質(zhì)量評價中提供理論依據(jù)。
　　 3.利用有泵浦增益時的諧振腔衍射積分

5、方程，研究了二極管泵浦固體激光器中泵浦光對振蕩光場的影響，具體分析了泵浦光分布和泵浦光半徑對振蕩光場的影響。結(jié)果表明泵浦光對諧振腔的濾波效果有很明顯的“調(diào)制”作用，在實際的DPL設(shè)計中需要根據(jù)對振蕩光的要求進行泵浦光的優(yōu)化設(shè)計。
　　 4.利用解析法分析了側(cè)面緊耦合泵浦固體激光器中泵浦光強分布特點，通過對泵浦結(jié)構(gòu)的仔細設(shè)計，給出了激光晶體中實現(xiàn)中心強邊緣弱的泵浦方案；通過側(cè)面泵浦Nd：YAG激光器的仿真計算，分析了側(cè)面泵浦時泵浦