基于合束技术的半导体激光器高亮度研究

《基于合束技术的半导体激光器高亮度研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文基于合束技术的半导体激光器高亮度研究论文作者：谷青松学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：杨瑞霞职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElctronicsTheHighBrightnessStudyofSemiconductorLaserBasedOnBeamCombiningbyGuQingsongSupervisor:Prof.YangRu

2、ixiaMarch2016摘要固体激光器存在体积大、效率低、寿命短等问题，而且工作过程中产生大量废热，废热的积累使电光转换效率降低、输出的光束质量变差，影响了激光器的性能。目前很多领域对激光器输出功率和亮度的要求越来越高，固体激光器已不能满足使用要求。相比之下半导体激光器具有高效率、小体积、低成本、长寿命等优点，因而半导体激光器高亮度研究成为主流方向。单个半导体激光器功率和亮度有限，需要将多个激光单元组成阵列使用，但阵列存在“smile”效应，且弯曲程度随电流增大而增加，导致光束质量变差。本文利用单管半导体激光器通过合束的方法实现了高亮度输出。合束技术分为相干合束和非相干合束，相干合束对器件精

3、度和环境温度要求非常高，同时必须精确控制激光器的相位，技术上不容易实现。非相干合束较容易实现，主要分为空间合束、偏振合束和波长合束。空间合束将不同单元发出的激光利用反射镜合成一高能量光束。新型波长合束——光谱合束将多个输出不同波长的激光单元通过反馈外腔合为一束，其合束的波长间隔可降至0.1nm以下，合束后的光束质量与单管接近。本文以单管半导体激光器为光源，利用包含透射光栅的光谱合束技术，使空间合束后各单管锁定在不同波长。激光通过输出耦合镜后出射方向一致，实现了多个单管的合束，改善了输出激光的光束质量。利用ZEMAX光学模拟软件通过光路展开的方式对聚焦透镜进行优化设计，最终使快轴方向聚焦透镜达到

4、衍射极限，最大程度上减少了像差对外腔反馈的影响，研究过程中总结了提高电光效率的具体方法。实验采用6个前端腔面镀增透膜，输出功率10W，波长975nm的单管，光谱合束后激光经透镜聚焦后耦合进芯径105μm，数值孔径(NA)0.17的光纤，最终获得40.85W连续激光输出，光谱线宽2.9nm，亮度达到19.58MW/(cm2·sr)。经本实验得到的高亮度半导体激光器光纤耦合模块具有高亮度、窄线宽的特点，可用于泵浦高能光纤激光器等领域。关键字：半导体激光器；光谱合束；激光亮度；“smile”效应；光谱线宽IABSTRACTSolidstatelaserhastheproblemsoflargevol

5、ume,lowefficiencyandshortlife.Itproduceslargeamountsofwasteheatduringitsprocessofworking.Theaccumulationofwasteheatdecreaseselectro-opticconversionefficiencyandreducestheoutputbeamquality.Thesewillaffectthepropertiesofsolidstatelasers.Atpresent,therequirementsoftheoutputpowerandthebrightnessoflasers

6、becomehigherandhigherinmanyfields,andthesolidstatelaserscannotmeettherequirements.Comparedwiththesolidstatelaser,thesemiconductorlaserhastheadvantagesofhighefficiency,smallsize,lowcostandlongservicelife.Thus,thecurrentresearchhasbeenfocusedonthebrightnessofthehighsemiconductorlaser.Thepowerandbright

7、nessofasinglesemiconductorlaserislimited,soanarrayofmultiplelasersisrequired.However,sincethe"smile"effectexistsinthearrayandthebendingdegreeincreaseswiththecurrent,thebeamqualityispoor.Thispapermakes