绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术研究

发布时间：2020-04-08 02:47

【摘要】：近年来,光电器件与材料相关领域的蓬勃发展,使半导体激光器的性能提升显著,半导体激光器也得到了越来越广泛地应用。相比于近红外波段范围的半导体激光器,可见光波段半导体激光器输出功率仍处于较低水平,尤其是绿光波段半导体激光器实现高功率输出仍是当前面临的一个挑战。为了获得高功率输出,目前最有效的方法是利用合束技术并实现光纤耦合输出。因此,研究高功率半导体激光器光纤耦合模块对于提高绿光半导体激光器的总功率,促进半导体激光在更多领域的应用意义重大。针对上述问题,本论文从方案设计、理论模拟以及实验验证等方面对绿光半导体激光器光纤耦合模块的光束准直、合束和光纤耦合技术进行了深入研究,对提高其应用价值以及扩展其应用范围具有重要的意义。本论文结合国内外单管半导体激光器研究成果以及光纤耦合技术发展现状,设计并研制出一种高功率绿光单管半导体激光器光纤耦合模块。该光纤耦合模块利用绿光TO单管作为光源,通过快慢轴准直、光束分割重排、偏振合束、空间合束和光纤耦合技术,最终实现光纤耦合输出。首先,本论文详细介绍了绿光单管半导体激光器光纤耦合模块的光学设计方案,通过Zemax光学设计软件依次完成了TO单管光源、准直、合束以及耦合光学系统的设计仿真,并实现了绿光半导体激光器光纤耦合输出的理论模拟,从而证实了实验的可行性。基于前期实验设计方案,完成了光纤耦合模块的机械结构设计。通过器件选型、装调、测试等流程,将40个输出功率1 W、中心波长520 nm的绿光TO单管耦合到光纤直径200μm且数值孔径为0.22的光纤中。在1.5 A的电流激励下获得了连续输出功率27.58 W,对应的光纤耦合效率为94%,整体耦合效率为69%。最后,本论文对实验结果以及实验误差进行了分析,该分析结果对于后续光纤耦合实验具有一定的指导作用。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.4;TN253

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本文编号：2618776