消像散高亮度光纖耦合半導體激光器列陣研究.pdf

1、半導體激光器(Laser Diode，LD)自發(fā)明以來，被廣泛的應(yīng)用于能量型激光應(yīng)用領(lǐng)域，如二極管泵浦全固態(tài)激光器(Diode Pumped S01id-State Laser，DPSSL) 和光纖激光器、材料處理等。在這些應(yīng)用場合均需要高亮度的光纖輸出，但由于 LD列陣發(fā)光的特殊性(大發(fā)散角、高度像散)，將高功率LD光束耦合進入小芯徑、小數(shù)值孔徑的光纖成為難題，本文從光束整形方法、誤差分析、系統(tǒng)集成等幾個方面，對條陣半導體激光器進行光

2、束變換實現(xiàn)高亮度的光纖耦合開展了深入的研究工作。 在考查高功率LD列陣的結(jié)構(gòu)和輸出特點的基礎(chǔ)上，采用光束變換理論對消除半導體激光的像散及提高光纖輸出激光的亮度進行了分析。本文首先對條陣半導體激光光束質(zhì)量進行分析和理論計算，采用光參數(shù)積匹配原理確定了整個光纖耦合光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，然后對系統(tǒng)中快、慢軸準直進行了誤差分析和優(yōu)化，在比較各種光束整形方法基礎(chǔ)上，為了解決光束整形過程中的能量損失、死區(qū)引入等問題，采用雙平面反射鏡對準直半

3、導體光束進行整形，詳細分析了雙平面鏡整形技術(shù)的優(yōu)缺點，推導出了能夠?qū)崿F(xiàn)任意次數(shù)光束整形的雙平面反射整形器結(jié)構(gòu)表達式。 在討論了各單元技術(shù)后，設(shè)計了將條陣半導體激光耦合進入小芯徑、小數(shù)值孔徑的光纖耦合系統(tǒng)，利用光學分析軟件對光學系統(tǒng)進行分析和跟蹤，搭建了相應(yīng)的實驗系統(tǒng)，成功地將輸出功率為37.3W的條陣半導體激光器耦合進入芯徑200μm，數(shù)值孔徑為0.22的光纖中，耦合效率接近50％，輸出亮度達3.7×10<'5>W／(cm<'2