体布拉格光栅外腔改善二极管激光阵列光束质量研究

摘要

二极管激光阵列以其高功率、高效率、体积小、寿命长等优点，广泛应用于通讯、医疗、泵浦固体激光器和光纤激光器等诸多领域。尤其在材料加工方面，近年来发展迅速，有替代传统固体激光器的趋势。但是二极管激光阵列固有的光束质量差、相干性差等缺陷严重制约了其进一步应用。近年来将体布拉格光栅(VBG)用于激光二极管阵列光束质量的改善取得了明显效果。本文围绕采用体布拉格光栅作为外腔改善DLA光束质量这一课题展开了一系列理论和实验研究工作。 文中根据Kogelnik耦合波理论对光通过光栅传播进行了分析。建立了体布拉格光栅衍射效率模型，得到了光栅衍射效率随波长偏离量和角度偏离量的变化关系。并根据光栅效率公式推导出了描述光栅的各个参数之间的关系，得出一套设计RVBG的理论方法。 以光栅理论为基础，文中进而阐述了体布拉格光栅外腔稳定DLA频谱的原理，实现了对49个发光单元构成的DLA进行频谱锁定。DLA经VBG锁定后中心波长稳定在807.5nm，光谱宽度为0.4nm，且不随温度变化。同时建立了体布拉格光栅外腔锁相的理论模型，并通过实验进行了验证。 文中最后对波长啁啾VBG外腔锁定DLA各个发光单元激射波长后进行光束组合的实验进行了研究和优化。19个单元经wavelength—chirpedVBG外腔锁定后，光谱展宽为15nm，相邻单元中心波长相距约0.8nm，单个发光单元的谱宽被大大压窄，且波长不随温度变化。经衍射光栅组束，在注入电流40A时，最终得到24.1W的连续输出，斜效率为0.76W/A，组合效率约为70％。主光束慢轴光束质量因子M2约为32，与单个单元相当。

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第1章 绪论

1.1二极管激光器的发展及应用

1.2改善激光二极管阵列光束质量的方法

1.2.1二极管激光阵列相干组合技术

1.2.2二极管激光阵列非相干组合技术

1.2.3体布拉格光栅外腔改善二极管激光阵列光束质量

1.3本文的主要研究内容

第2章体布拉格光栅外腔基本理论

2.1体布拉格光栅介绍

2.1.1体布拉格光栅的材料

2.1.1体布拉格光栅特性

2.2体布拉格光栅的基本理论

2.2.1透射式体布拉格光栅的基本理论

2.2.2反射式体布拉格光栅的基本理论

2.3本章小节

第3章 VBG外腔改善DLA光束质量研究

3.1体布拉格光栅外腔稳频研究

3.1.1体布拉格光栅稳定频谱理论分析

3.1.2稳定频谱实验研究

3.2体布拉格光栅外腔实现同相模输出研究

3.2.1理论分析

3.2.2锁相实验研究

3.3本章小结

第4章 波长啁啾VBG外腔改善DLA光束质量研究

4.1波长啁啾VBG外腔实现DLA锁定及光束组合理论

4.1.1注入锁定

4.1.2光束组合

4.2光束组合实验优化

4.2.1激光二极管参数优化

4.2.2转化透镜优化

4.3光束组合实验研究

4.3.1实验装置

4.3.2实验结果及分析

4.4光纤耦合研究

4.4.1光纤耦合条件

4.4.2耦合系统

4.4.2光纤耦合实验

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢