大功率半导体激光器阵列光束整形系统研究

摘要

时代在进步，科技在发展。自1962年第一台半导体激光器发明，经过四十多年时间发展到了现今的大功率半导体激光器阵列。大功率半导体激光器阵列以其功率高、体积小、电光转换效率高等优点，广泛用于泵浦固体激光器、材料加工及激光光源照明等应用领域。由于其输出光束的质量不好影响了实际应用，大功率半导体激光器阵列的输出光束整形成为人们研究的一个热点问题。
　　 我们在总结国内外报道的各种整形方法的基础上，研究并设计一个光能效率高、光强均匀性好的远场主动成像照明光源。本文主要涉及采用大功率半导体激光器堆叠并进行光束整形，从而使得该半导体激光器堆叠成为主动成像的照明激光光源。
　　 本论文主要工作是回顾了国内外大功率半导体激光器光束各种整形技术，并从中采用了倾斜多高斯光束模型的光束整形方法。通过调整每束出射光线与对应的每个微柱面透镜中心的相对位移，达到改变每束光线的出射角度的目的，从而形成一个倾斜多高斯光束模型。
　　 本论文设计了基于微柱面透镜的半导体激光器阵列光束整形光学系统，并讨论了微柱面透镜的曲率半径和透镜厚度两个参数对光束整形的影响。系统在光学软件ASAP中进行了模拟仿真，该方案在10度视场角内可以达到80％以上的光能效率和85％以上的均匀性。本论文同时设计了光束整形实验，搭建了实验装置，通过数字摄像机实时反映接收屏光强分布来固定微柱面透镜阵列，最后投射到远场照明区域进行探测并获取图像。利用数学工具MATLAB对实验结果图进行验证和分析，最终的实验结果是系统在10度视场角内可以达到80％以上的均匀性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 大功率半导体激光器简介

1.1.1 半导体激光器的发展

1.1.2 半导体激光器的分类

1.1.3 半导体激光器的应用

1.2 本论文的主要工作

2 基础知识

2.1 矩阵光学

2.2 高斯光束

2.2.1 高斯光束性质

2.2.2 高斯光束的成像变换

3 大功率半导体激光器阵列光束整形系统设计

3.1 大功率半导体激光器阵列光束整形技术

3.1.1 大功率半导体激光器的光束特性

3.1.2 大功率半导体激光器阵列光束整形技术介绍

3.2 基于微柱面透镜的半导体激光器堆叠光束整形系统设计

3.2.1 理论推导

3.2.2 倾斜多高斯光束模型(MTGB)

3.2.3 柱面透镜及整形照明系统设计

3.2.4 ASAP仿真结果

3.3 本章小结

4 大功率半导体激光器阵列光束整形实验及其分析

4.1 大功率半导体激光器阵列光束整形实验

4.1.1 实验仪器和参数

4.1.2 实施方法

4.1.3 实验步骤

4.2 实验结果分析

4.2.1 照明距离2m

4.2.2 照明距离为20m

4.3 本章小结

5 结论

5.1 全文总结

5.2 今后工作展望

参考文献

作者简历