大功率激光二极管阵列耦合技术研究

摘要

大功率激光二极管泵浦固体激光器中泵浦源-激光二极管常采用stack结构，它由多个分离的二维阵列光斑组成。将上述光斑耦合进入激光晶体端面，是DPL中泵浦光耦合技术中的难题。为此，本文采用透镜导管技术压缩光斑。研究了影响传输效率，光斑压缩比的透镜导管结构参数。并提出采用锥形光纤进一步压缩光斑，满足DPL对泵浦光耦合的要求。
　　 论文中选择单个发光单元的椭圆高斯模型和Zeng模型，描述LD的远场光强分布，以这两种模型为基础，利用非相干叠加原理计算线阵bar条和面阵stack的光强。并用计算机分别模拟了两种模型的面阵stack的远场光强分布。
　　 论文还通过对多种耦合系统的比较分析，认为透镜导管用于大功率激光二极管阵列整形具有很大的发展潜力。将其选为整形系统，利用镜像法推导它的耦合效率表达式，从而得到耦合效率与透镜导管参数之间的关系，并使用计算机对其编程计算。
　　 在对透镜导管耦合系统的研究中，从三个方面进行分析：1.耦合后的光束用于泵浦固体激光器，通过耦合效率的积分表达式与透镜导管参数之间的关系，优化透镜导管参数，从而得到高效的泵浦效率。2.对透镜导管的耦合效率进行了研究，结果表明影响耦合效率的因素有曲率半径、透镜导管长度、输出面边长和快轴发散角。其中曲率半径和透镜导管长度与耦合效率的变化规律类似，这点可以通过透镜导管设计基本公式得以验证。为了更清晰的描述光束压缩情况，对边长压缩倍数、面积压缩倍数与耦合效率的关系也进行了研究。3.给定激光二极管的发光面积和透镜导管耦合效率，通过数据拟合可求出输出面边长的大小，再根据输出面边长选择合适的锥形光纤，从而实现整形后的光束耦合到光纤中的应用。
　　 论文最后，提出了一个描述光束压缩情况的参数M，M定义为透镜导管耦合效率与面积压缩倍数的乘积，在物理概念上M表示平均光强增大倍数，M越大，系统整形效果越好。计算表明M能够很好的描述系统整形效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 半导体激光器的发展概况

1.2 半导体激光器的应用

1.3 本论文的主要工作

第二章 半导体激光器的远场光场模型

2.1 LD的高斯型光束远场光强分布

2.1.1 圆高斯光束模型

2.1.2 椭圆高斯光束模型

2.2 激光二极管输出光束的Zeng远场模型

2.2.1 小功率激光二极管输出光束模型

2.2.2 大功率激光二极管输出光束双峰模型

2.3 半导体激光器的zeng远场模型光强分布

2.4 小结

第三章 半导体激光器整形技术

3.1 条型半导体激光器光束整形技术

3.2 堆积型半导体激光器光束整形技术

3.3 小结

第四章 透镜导管耦合效率与透镜导管参数关系的研究

4.1 透镜导管的基本原理

4.2 透镜导管耦合效率的计算

4.2.1 二维的情况下透镜导管耦合效率的计算

4.2.2 三维情况下透镜导管耦合效率的计算

4.3 利用计算机模拟三维时耦合效率随透镜导管参数的变化

4.3.1 透镜导管整形后的光束用于泵浦固体激光器

4.3.2 透镜导管耦合效率研究

4.3.3 锥形光纤的基本知识

4.3.4 从输出面出射的光束用于耦合到一根锥形光纤

4.4 小结

第五章 总结

致谢

参考文献

附录