基于半导体激光器的激光功率合成技术

发布时间：2020-04-13 05:27

【摘要】：随着激光技术在材料加工、国防安全等领域得到广泛应用,激光器输出功率和光束质量的提高问题受到越来越多的研究者的关注。由于单管半导体激光器具有光束质量好和性能稳定等优点,却受限于输出功率很难提高,于是本文对基于单管激光器的多路激光功率合成技术进行研究分析,主要包括以下内容:首先,对半导体激光器的电学特性和光学特性进行介绍,并对激光的光斑尺寸、剩余发散角等几个重要参数的测量方式进行讨论,以及对光束质量的评价方式进行分析与总结,得出光束参数积最适合用于激光功率合成中的光束质量评价的结论。其次,利用ZEMAX软件的光线追迹功能,在非序列模式下模拟激光光束的输出特性,对光束在快慢轴方向上分别使用不同类型透镜进行准直设计,通过对发散角和光束质量的分析得到最适合快轴准直的透镜为非球面透镜,最适合慢轴准直的透镜为平凸透镜。针对快慢轴方向准直误差问题进行研究,在软件中模拟快轴准直镜和慢轴准直镜的六个自由度的装调误差对光束准直效果的影响,定量给出模拟结果。对激光耦合进光纤要满足的耦合条件进行分析与讨论,在光斑形状与光纤端面的纤芯形状失配的情况下讨论不同纤芯直径的光纤对耦合效率和输出功率密度的影响。针对合束光束在经过扩束聚焦系统后在焦点位置处存在的偏移问题进行研究,定量分析了发散角、波长和光程对焦点位置与光斑尺寸的影响。最后,通过光学设计与空间设计相结合的方式,对单管半导体激光器在快慢轴方向上的空间排列进行计算与分析,经过准直系统、合束系统、扩束系统以及光纤耦合系统的光路分析,设计了6路5W激光功率合成方案,仿真结果表明在光纤的出射端面输出功率为25.6W的激光,然后基于偏振合束技术设计了12路10W激光功率合成方案,仿真得到光纤输出100.1W激光,最后基于波长合束技术设计了24路10W激光功率合成方案,仿真得到光纤输出190.1W激光。
【图文】：

单管,半导体激光器

杭州电子科技大学硕士学位论文2单管封装形式的半导体激光器如图 1.1 所示，一个激光器就是一个单独的模块，只有一个发光点，简单的封装结构使其散热性能好，只需风冷方式就能良好散热，并且其使用寿命一般都很长，可以达到 20 万小时。单管半导体激光器的输出功率由几毫瓦到几瓦不等，，现在有些商用的单管激光器可以达到十几瓦甚至几十瓦输出。一般情况下，单管激光器的输出功率较低，可以通过多单管合束的方式提高功率。图 1.1 单管半导体激光器图 1.2 为 9xxnm 单管半导体激光器的输出功率研究进展[9-11]，从图中可以看出，在 2005 年到 2009 年的这几年中

线阵,半导体激光器

杭州电子科技大学硕士学位论文考虑到单管封装的激光器输出功率有限，无法应用到需要大功率激光的，所以线阵封装的半导体激光器应运而生。线阵半导体激光器的结构如图示，把多个宽度为 100μm 到 150μm 的半导体发光单元封装成一个结构紧凑光单元，封装完之后的单元宽度通常为厘米级别，因此也称为厘米 bar。导体激光器大大提高了输出功率，目前输出功率可以达到上千瓦。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248.4

【参考文献】