半导体激光器列阵外腔锁相实验及高阶侧模锁定研究

摘要

半导体激光器列阵(LDA)具有体积小、重量轻、电光转换效率高、可靠性好等特点，在光通信、泵浦固体激光器、生物和医学等诸多领域得到了广泛应用。但宽条高功率LDA较差的空间相干性影响了其出射光的光束质量，限制了LDA在某些方面的应用。实验上，可以采用外腔锁相技术对此加以改善，即通过外腔镜耦合使LDA各发光单元的波长一致位相锁定，使光场实现相干叠加，从而达到改善光束质量的目的。 前人曾对LDA外腔锁相进行理论分析和实验工作，验证了外腔锁相的可行性并取得了一定的研究成果。在此基础上，本文详细地介绍了外腔锁相的实验装置和准直透镜的具体调节方法，并在实验上较好的实现了LDA的外腔锁相，且发现了前人所未曾报道过的LDA高阶侧模锁定的现象。 实验装置主要分为锁相系统和测量系统两部分，作为主体部分的外腔是由一个快轴准直透镜和一面高反射率平面镜组成。在外腔锁相实验中，准直透镜的调节是整个锁相系统调节的第一步，也是最为敏感和关键的一步。本文在大量的实验过程中，总结出对应观测档板上不同形状的光斑所应采取的调节方法和技巧。 实验测得了自由运行下LDA及其19个发光单元的近场、远场、光谱和闽值电流等特性，观察表明，在自由运行时LDA各单元的光学特性差异明显，且 侧向上的模式较为复杂，这些都给LDA的外腔锁相带来了困难。实验上，我们实现了LDA的外腔锁相，远场光强分布的调制度高达81.1％并观察到与前人理论研究结果相符的细致结构，大量的实验数据验证了外腔锁相对LDA光束质量的改善。 宽条LDA运行时通常会出现高阶侧模，文中首先在理论上预测了外腔较短时高阶侧模锁定的可能。在实验中，我们首次观察到，当外腔缩短剑一定程度时,在测到的远场光强分布图上，主瓣的两侧出现了包含标志锁相的峰、谷结构的旁瓣。这正是由于外腔较短时，发散角较小的基侧模，在外腔中衍射不充分，耦合进相邻单元的能量较低，而发散角较大的高阶侧模则刚好能进入到相邻单元中去，从而实现了高阶侧模相位锁定的结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章半导体激光器列阵外腔锁相的理论分析

第三章半导体激光器列阵外腔锁相的实验操作

第四章半导体激化器列阵外腔锁相实验结果及讨论

第五章外腔中半导体激光器列阵的高阶侧模锁定

第六章总结

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攻读硕士期间发表和合作发表的论文