大功率半導體激光器陣列光束特性及其測試技術研究.pdf

1、近些年，大功率半導體激光器陣列(High-power Laser Diode Arrays-HLDA)作為固體激光器泵浦光源或直接光源在工業、軍事等領域中得到越來越廣泛的應用。目前，對于HLDA的研究主要集中在兩方面：一是以提高輸出功率為目的的結構設計、熱特性分析、封裝技術研究等；二是HLDA光束整形、耦合系統設計。對于它的遠場分布、束寬、發散角等光束特性的研究卻比較少，而這些特性對于HLDA光束質量評價及其光束整形系統設計具有重要意義

2、。本文以研究HLDA的光束特性及其測試技術為主要目的，主要研究內容有：
　　在查閱大量文獻資料的基礎上，綜述了目前有關半導體激光器光束特性的研究現狀，并分析了當前的方法和技術應用于HLDA光束特性研究時存在的問題。針對這些問題，文中首先基于亥姆霍茲方程和單管半導體激光器的遠場分布特性，建立了HLDA的遠場分布模型。并以不同類型的HLDA為測試對象，驗證了模型的正確性。利用該模型在已知HLDA結構參數的基礎上能夠有效地分析其傳輸特性

3、。以該模型為基礎結合實驗分析了HLDA的遠場光強分布特性，并進一步分析了驅動電流、bar不發光等重要因素和現象對光強分布的影響，得出：在光束傳輸到一定距離后，HLDA的遠場光強分布在平行于PN結方向上呈雙峰結構，且驅動電流、bar不發光等不會改變這一雙峰結構特性。
　　針對當前束寬定義在實際應用中存在的問題，提出了一種束寬求解新方法。該方法以光斑邊緣曲線的幾何特征為基礎求解光束束寬，光斑邊緣曲線利用改進的高斯濾波器結合光強的梯度變

4、化來檢測求解。通過實驗對比證明利用改進的高斯濾波器能夠獲得較好的光斑邊緣檢測結果。根據對HLDA束寬特性的分析可知在HLDA的光強分布沒有形成雙峰結構前，光束在垂直PN結和平行PN結方向上的束寬（ωx和ωy）隨傳輸距離呈非線性變化；當HLDA光強分布成固定的雙峰結構后，ωx、ωy隨傳輸距離呈線性變化。這一結論對于HLDA發散角測試方法和測試系統的研究具有重要作用。
　　針對HLDA的面發光特性，提出了基于雙光斑外緣曲線的HLDA發

5、散角計算方法，并設計了相應的光接收探測裝置。探測裝置由兩個同心，但半徑大小不同的半圓環探頭組成，測試時，兩個半圓環探頭分別探測獲得光束在兩個不同傳輸距離處的光斑邊緣曲線。與傳統方法相比，使用該方法測試HLDA發散角更為合理，誤差更小。該方法的提出和測試裝置的設計解決了當前HLDA發散角測試時存在的兩個主要問題：一是消除了把HLDA的面發光當作點光源處理所引起的測量誤差；二是避免了由于HLDA輸出功率過高而損壞或燒毀探測器。
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