大功率半導體激光陣列光束整形及光纖耦合技術研究.pdf

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

2、型)輸出光束分布特性及光束傳輸進行了分析與描述，并在此基礎上提出了對半導體激光陣列采用非相干光束整形的思想。 然后本文對大功率半導體激光陣列的光束質量進行了詳細的評價與分析，并設計了一種能夠有效改善其光束質量的非相干光束整形方法。在對結構進行優化設計后，我們利用ZEMAX軟件對此進行了模擬，得到了理論上的整形結果。在此基礎上，我們又通過實驗對半導體激光一維陣列進行了光束整形，得到的實驗結果為最大輸出功率80W，快慢軸的光束參數乘

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體激光一維陣列的光束質量，實現快慢軸光束參數乘積的均勻化。 本文最后對光纖耦合技術進行了理論分析，根據耦合條件，整形后的光斑經過透鏡聚焦后可以耦合進數值孔徑為0.22光纖芯徑為200μm的光纖中；同時對耦合光束與光纖的匹配問題進行了分析，對于高斯分布的光束為了使大于98％的能量都能耦合進光纖，光纖芯徑應變為原來的1.4倍，而