大功率半导体激光器阵列光强分布特性测试系统研究

摘要

大功率半导体激光器阵列(HLDA)具有体积小、质量轻、寿命长、效率高等优点,因此在很多领域内都得到了广泛的应用。但是由于HLDA本身的结构决定,其光场分布不均匀,实际应用时通常需要对光束进行光学整形和耦合,而了解HLDA的光强分布特性是设计光学整形耦合系统的必要自订提。因此对HLDA进行光强分布特性测试具有重要的意义。HLDA在文中主要指二维非相干大功率半导体激光器阵列,它由多个一维线性阵列(bar条)纵向叠加而成,每个bar条上包含多个发光单元,每个发光单元相当于一个单管半导体激光器(SLD)。目前国内外许多学者研究出了SLD的光强分布模型,但是对于HLDA的光强分布特性,还没有具体计算模型。现有的实验测试方法有CCD相机法和扫描型轮廓曲线仪法等,这些方法都是针对小功率半导体激光器的,因而对测试HLDA光强分布都不合适。基于上述现状,本课题研究了一套测量HLDA远场光强分布特性的系统。系统整体构成包括:准连续LD驱动电源、循环水系统、光接收探测器、三维移动平台及其控制器、数据采集模块以及上位机的数据处理和显示。其中,驱动电源为HLDA提供驱动电流使其发光;循环水系统用于冷却HLDA,避免工作时因温度过高而损坏或烧毁;三维移动平台在移动台控制器的控制下,带动光接收探测器对HLDA发光面进行三维移动扫描;数据采集模块对测得的光强值进行采集,之后,再通过USB接口传给上位机,进行数据处理和显示。
　　在完成系统设计和功能调试的基础上,利用该测试系统测试了简化HLDA和实际HLDA的光强分布特性,并通过简化HLDA和实际HLDA在平行结平面和垂直结平面方向上的光强分布,验证了本课题所依托项目的前期工作者提出的HLDA光强分布模型。最后对系统稳定性进行了分析,实验结果表明,本文研究的HLDA光强分布特性测试系统具有良好的测试稳定性。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 半导体激光器的发展进程

1.2 HLDA的发展现状

1.3 HLDA光强分布特性研究的意义

1.3.1 HLDA的应用

1.3.2 课题研究意义

1.4 课题来源及任务

1.5 本章小结

第2章 HLDA光强分布特性

2.1 半导体激光器的工作原理

2.2 HLDA的光强分布特性

2.2.1 HLDA的结构

2.2.2 HLDA的热特性与阈值特性

2.2.3 HLDA的光强分布特性

2.3 本章小结

第3章 测试系统的研究

3.1 光强分布测试系统组成

3.2 光接收探测装置

3.2.1 光纤导光原理

3.2.2 PD的工作原理及选型

3.2.3 光接收探测装置构成

3.3 数据采集模块

3.3.1 单片机控制采样模块

3.3.2 光电检测模块

3.4 本章小结

第4章 软件系统的设计

4.1 控制软件模块的设计

4.1.1 主控制模块

4.1.2 系统设置模块

4.1.3 A/D转换模块

4.2 测试软件模块的设计

4.2.1 开发环境的选择

4.2.2 测试模块

4.2.3 数据处理模块

4.2.4 数据显示和保存模块

4.3 本章小结

第5章 实验测试与结果分析

5.1 实验测试

5.2 实验测试结果及描述

5.2.1 大功率SLD光强分布特性测试

5.2.2 简化HLDA的光强分布特性

5.2.3 实际HLDA的光强分布特性

5.3 模型验证

5.3.1 非线性最小二乘法拟合

5.3.2 以简化HLDA为对象的远场分布模型验证

5.3.3 以实际HLDA为对象的远场分布模型验证

5.4 系统稳定性分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

研究生履历