大功率半导体激光器耦合特性的研究

发布时间：2017-03-18 12:08

  本文关键词：大功率半导体激光器耦合特性的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体激光器价格便宜且其电光转换效率高,被广泛应用在民用经济和国防科技发展中,大功率半导体激光器与光纤耦合已在固体激光泵浦、激光加工、医疗手术、军事装备等领域中大量使用。但由于大功率半导体激光器的光束质量较差,使得在与光纤耦合时会有大量耦合损耗产生,制约了大功率半导体激光器的应用。柱状楔形透镜光纤在众多与半导体激光器耦合的方式中表现突出,凭借其独特的结构特点对半导体激光光束进行整形,提高耦合效率。本文主要讨论大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤的耦合时,柱状楔形透镜光纤对整个耦合系统的影响。将傍轴近似下的光学矩阵理论引入分析柱状楔形透镜光纤耦合系统,基于高斯光束的ABCD矩阵理论运用MATLAB软件建立了大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤耦合仿真模型,并在此基础上运用MATLAB中Guide技术设计了一款仿真软件,可用于大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤耦合的仿真和设计。在对半导体激光器慢轴方向计算时加入了“虚光腰”的计算,使其更接近现实实验。在仿真方面还利用机械设计软件Solidworks设计了柱状楔形透镜光纤机械结构并放入光学设计软件ZEMAX中对其进行仿真。本文中设计的仿真软件由一个主界面和三个功能界面组成。在耦合分析界面中,通过输入大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤的参数,可得到耦合效率的变化曲线。位移误差分析界面可以得到具体偏移位置的耦合效率变化与位移偏移误差对耦合效率的影响。角度误差分析界面可得到角度偏移误差对耦合效率的影响。对仿真软件测试,通过与实验数据进行对比,验证了基于ABCD矩阵理论开发的柱状楔形透镜光纤耦合系统仿真软件是合理可行的。本文通过仿真软件对柱状楔形透镜光纤结构参数对耦合系统耦合效率的影响进行分析,可以指导柱状楔形透镜光纤加工制作。
【关键词】：大功率半导体激光器 柱状楔形透镜光纤 仿真器 ZEMAX仿真
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 半导体激光器和光纤耦合的发展9-11
• 1.3 大功率半导体激光器与光纤耦合的研究11-15
• 1.4 大功率半导体激光器与光纤耦合的应用15-16
• 1.5 本文的主要内容16-17
• 第2章 半导体激光器与透镜光纤的耦合原理17-27
• 2.1 大功率半导体激光器工作原理及光束特性17-20
• 2.1.1 大功率半导体激光器工作原理17
• 2.1.2 大功率半导体激光器的光束特性17-20
• 2.2 光纤分析20-23
• 2.2.1 光纤简介20-22
• 2.2.2 光纤模场分析22-23
• 2.2.3 光纤耦合时的损耗23
• 2.3 透镜光纤的类型与模场分析23-27
• 2.3.1 球形透镜光纤23-24
• 2.3.2 锥形透镜光纤24-25
• 2.3.3 柱状楔形透镜光纤25-27
• 第3章 柱状楔形透镜光纤耦合27-39
• 3.1 柱状楔形透镜光纤结构27-31
• 3.1.1 柱状楔形透镜光纤结构组成27-28
• 3.1.2 柱状微透镜半径28-30
• 3.1.3 楔形角角度30
• 3.1.4 最佳耦合距离30-31
• 3.2 高斯光束的ABCD矩阵转换31-34
• 3.2.1 高斯光束31-32
• 3.2.2 矩阵光学中的ABCD定律32-34
• 3.3 柱状楔形透镜光纤耦合系统分析34-39
• 3.3.1 柱状楔形透镜光纤耦合系统模场34-36
• 3.3.2 位移与角度偏差分析36-39
• 第4章 柱状楔形透镜光纤耦合模型仿真设计39-55
• 4.1 开发平台及工具介绍39-42
• 4.1.1 MATLAB简介39-40
• 4.1.2 GUIDE设计40-42
• 4.2 柱状楔形透镜光纤仿真器设计42-51
• 4.2.1 仿真器主界面43
• 4.2.2 仿真器耦合分析界面43-45
• 4.2.3 位移误差分析45-49
• 4.2.4 角度误差分析49-51
• 4.3 ZEMAX仿真51-55
• 第5章 耦合软件仿真测试运行与数据分析55-64
• 5.1 柱状楔形透镜光纤耦合仿真软件测试55-60
• 5.2 仿真数据分析60-64
• 第6章 结论与展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况71

【参考文献】

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本文编号：254421