半导体激光阵列合束技术的研究

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1、《装备制造技术))2o13年第12期半导体激光阵列合束技术的研究梁丹华，孙华燕，樊桂花，李迎春，周玢(装备指挥技术学院光电装备系，北京101416)摘要：综述了几种典型的半导体激光阵列合柬方法，介绍了近年来半导体激光光束合成的最新进展，分析了各种合成方法的技术特点，总结了半导体激光阵列合束技术的发展趋势。研究发现光谱舍束技术的输出光束光强分布不随阵列单元数而变化，且在远场和近场均能保持较好的叠加，大大提高了远场光束的亮度，有望成为未来半导体激光光束合成的重要发展方向。关键词：激光技术；半导体激光阵列；合柬技术中图分类号：TN248．4文献

2、标识码：B文章编号：1672—545X(2013)12—0115—03半导体激光阵列具有电光转换效率高、波长覆盖Talbot外腔耦合获得了144路二维半导体激光锁相范围广、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高和功耗低等输出，激光功率为1．4W。SDI公司的J．S．Osinski等[21优点，在材料加工、生物医疗和军事方面有着重要应实现了4路半导体放大器相干合成，输出平均功率用，但是，当前半导体激光阵列存在的主要问题就是光为5w。原麦道公司的K．H．NO等实现了100路，400束质量差和单元出光功率低，这限制了它的应用。有效路和900路半导体放

3、大器相干合成，其中900路放解决途径就是利用激光合束技术。激光合束技术是提大器相干合成时总输出功率为36w。值得说明的是，高激光器输出功率，减小激光源相干陛的主要途径。根半导体放大器相干合成中控制的一般是静态相位畸据作用机理的不同激光合束分为相干合束和非相干合变，系统在初始化完成后，各路放大器的相位在几天束。近几年，这两种方法均取得了一定进展。内都不会发生变化。相比较于其它高能激光器，半导本文针对半导体激光阵列合束技术进行研究，体激光器在输出功率和光束质量上均不占优势，但以期改善半导体激光阵列光束质量差、单元出光功是其低成本、高效率、全固

4、态、高可靠性等优点，在军率低的缺点，使半导体激光阵列合束能够有效提高事领域有其一席之地。美国国防部高级研究计划局激光器输出功率，同时保持良好的光束质量。(DARPA)陆续启动了相干合成高功率单模发射器(COCHIES)和高能半导体激光系统体系结构(AD—1相干合束HELS)等项目，希望通过相干合束的方法实现100kW量级的高亮度激光。相干合束是指多束相干光在近场或远场的叠加。在理想情况下，合成的光束峰值功率是单个光束2非相干合束峰值功率的N倍。其基本思路是将多路激光束经相干控制后合成一束光，从而由许多中等功率的激光非相干合束是采用一些光学

5、元件将各个参与合器获得高功率的单束激光输出，同时保持良好的光成的子光束在近场和远场合成为一束，这种方法因束质量。相干合束技术的关键是相位的锁定。根据锁不用进行相位控制，只是能量的简单叠加，故装置相相方式的不同，可分为被动式锁相、主动式锁相以及对简单，其主要应用是在高能武器以及照明系统㈣。混合式锁相这三种相位控制技术。非相干合成主要的方法有：偏振合束，空间交叉合成在20世纪80年代，半导体激光阵列相干合成技术以及谱合束的方法，下面对这三种方法的工作技术进人了研究高潮期，倏逝波耦合，Talbot外腔耦进展做进一步的论述。合以及二元光学等技术的

6、广泛应用使得半导体激光2．1偏振合束阵列得到了快速的发展。1994年，s．Sanders等_1_利用偏振合束是利用偏振分光镜将两束偏振态相互收稿日期：2013—09—04作者简介：梁丹华(1984一)，女，讲师，硕士研究生，主要从事光电信息处理方面的研究。115EquipmentManufacturingTechnologyNo．12，2013垂直的光在近场和远场重叠。由于两光束偏振态正空问交叉合成技术的主要优点是：各个子光源交，彼此并不发生干涉，因而对波长、相位并没有严间相互独立，因此可以通过增加子光源数来提高输格的要求。但是偏振合成的

7、光束数量仅限于两束。原出功率．通过压缩子光源间的空间问隔提高远场光理图如图1所示。激光器l和激光器2的输出光束具束质量。系统通光路径上的光学元件少，损耗小。其有相同的波长，且偏振方向相同，其中激光光束经过主要缺点是：合束效率和光束质量较低，对各个并合半波片后偏振方向与原偏振方向垂直，之后两束偏激光器单元轴线的平行性要求高。振方向互相垂直的光经过偏振合束器后合成在一2．3谱合束技术起。需要说明的是，进行偏振合束的两束光必须具有谱合束是采用色散元件(光栅、棱镜、波长选择器相同的波长。偏振合束法可以使输出功率／亮度提高等)将不同波长的光束在空间

8、进行叠加，实现多个波近一倍。从1996年开始，美国林肯实验室在机载激长的光束合成。其结构如图2所示。该结构由激光器光项目(ABL)中分别采用多路偏振合成光和单光束作阵列单元、传输透镜、光栅和输