千瓦级大功率半导体激光器光纤耦合模块的设计研究

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1、学号：S15020180千瓦级大功率半导体激光器光纤耦合模块的设硕士学位论文计研究姓名千瓦级大功率半导体激光器光纤耦合模块的设计研究研究生姓名：顾华欣学科、专业：光学工程顾华欣二○一八年三月分类号：TN248.4密级：公开UDC：编号：千瓦级大功率半导体激光器光纤耦合模块的设计研究Designofkilowatt-classfibercouplinghighpowersemiconductorlasermodules学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学工程（080300）研究方向：光电

2、子技术及应用申请学位级别：硕士指导教师：薄报学研究生：顾华欣论文起止时间：2016.09—2018.03摘要随着激光再制造、国防安全方面应用等的发展，高功率激光器是一个发展趋势。由于半导体激光器的自身限制，使用光纤耦合的方法来提高光束的质量，对半导体激光器尤其是大功率半导体激光器研究具有非常重要的应用价值。本论文主要由高功率激光器应用需求出发，对国内外的kW级光纤耦合输出模块的发展现状进行调研，从理论分析、方案设计、模拟仿真等方面对半导体激光器阵列的千瓦级光纤耦合模块进行了研究分析，采用基于mini-bar的半导体激光

3、光纤耦合模块进行仿真模拟，将36只输出功率为80W的mini-bar半导体激光器组成两列空间叠阵作为耦合光源，采用非球面透镜和微透镜阵列分别对快、慢轴进行准直，为了提高输出效率和亮度，根据非相干合束技术对准直后光束进行整形，并对合束后的光束通过聚焦系统高效耦合进入数值孔径0.22、芯径300m的光纤中，系统输出功率达到2706.3W，光纤耦合效率大于93%。关键词：高亮度激光二极管；大功率半导体激光器；光纤耦合；mini-bar；输出功率ABSTRACTAsaresultofthewidelyapplicationo

4、fhighpowerdiodelasersinlaserremanufacturingandcountrysecurity,highpowerlaserisadevelopingtrend,duetothelimitationsofsemiconductorlasers,usingfibercouplingmethodtoimprovebeamqualityisveryimportantforfibercouplingresearchofsemiconductorlasers,especiallyhigh-powers

5、emiconductorlasers.Thispaperismainlybasedonthedirectapplicationrequirementsofhigh-powerlasers.Thekilowatt-levelfiber-opticcouplingmoduleofsemiconductorlaserarraysisstudiedandanalyzedfromtheaspectsoftheoreticalanalysis,programdesign,andsimulation.Basedonamini-bar

6、semiconductorlaserfibercouplingmoduleforsimulation,36mini-barsemiconductorlaserswithanoutputpowerof80Warecombinedtoformatwo-rowspacearrayasacouplinglightsource.Theasphericallensandmicrolensarrayareusedtocollimatethefastandslowaxesrespectively.Inordertoimprovethe

7、outputefficiencyandbrightness,thestraightbeamisalignedaccordingtotheincoherentbeamcombiningtechnique,andthecombinedbeamisefficientlycoupledintotheopticalfiberwiththenumericalapertureof0.22andthecorediameterof300mthroughthefocusingsystem.Thesystemoutputpowerreach

8、es2706.3Wandthefibercouplingefficiencyisgreaterthan93%.Keywords:highbrightnesslaserdiode;highpowersemiconductorlaser;fibercoupling;mini-bar;outputpower目录摘要ABSTRACT目录第