大功率半導(dǎo)體激光陣列光束整形及光纖耦合技術(shù)研究.pdf

1、大功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、光電效率高、壽命長及性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，使得它與傳統(tǒng)固體及氣體激光器相比占有很大優(yōu)勢。但是半導(dǎo)體激光陣列由于自身結(jié)構(gòu)因素的限制使其輸出光束在平行與垂直于PN結(jié)方向上的光束參數(shù)(發(fā)散角、束腰半徑)相差較大，限制了它在許多領(lǐng)域的直接應(yīng)用。因此改善半導(dǎo)體激光陣列在快慢軸方向的光束分布特性及光束質(zhì)量對(duì)于擴(kuò)展其應(yīng)用具有重要意義。 本文首先采用厄米-高斯模型和超高斯模型對(duì)半導(dǎo)體激光器(折射率導(dǎo)引型和增益導(dǎo)引

2、型)輸出光束分布特性及光束傳輸進(jìn)行了分析與描述，并在此基礎(chǔ)上提出了對(duì)半導(dǎo)體激光陣列采用非相干光束整形的思想。 然后本文對(duì)大功率半導(dǎo)體激光陣列的光束質(zhì)量進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)價(jià)與分析，并設(shè)計(jì)了一種能夠有效改善其光束質(zhì)量的非相干光束整形方法。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，我們利用ZEMAX軟件對(duì)此進(jìn)行了模擬，得到了理論上的整形結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，我們又通過實(shí)驗(yàn)對(duì)半導(dǎo)體激光一維陣列進(jìn)行了光束整形，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為最大輸出功率80W，快慢軸的光束參數(shù)乘

3、積分別為BPPy=12mm·mradBPPx=11.2mm·mrad。這證明了該整形方法能夠有效的改善半導(dǎo)體激光一維陣列的光束質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)快慢軸光束參數(shù)乘積的均勻化。 本文最后對(duì)光纖耦合技術(shù)進(jìn)行了理論分析，根據(jù)耦合條件，整形后的光斑經(jīng)過透鏡聚焦后可以耦合進(jìn)數(shù)值孔徑為0.22光纖芯徑為200μm的光纖中；同時(shí)對(duì)耦合光束與光纖的匹配問題進(jìn)行了分析，對(duì)于高斯分布的光束為了使大于98％的能量都能耦合進(jìn)光纖，光纖芯徑應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?.4倍，而