蓝紫光半导体激光器光纤耦合及光束整形技术研究

发布时间：2020-05-25 17:56

【摘要】：近年来蓝紫光半导体激光器在大容量光学数据储存、激光显示、激光医疗、先进制造等领域的应用不断扩展,尤其已成为3D打印技术中最热门的光源之一。论文从3D打印应用中对蓝紫光半导体激光器功率和光束质量的需求出发,展开激光器光纤耦合与光束整形相关研究。论文在综合分析半导体激光器发光特性、光纤特性及光纤耦合理论的基础上,提出了采用非球面透镜光纤耦合与柱面透镜光纤耦合两种解决方案,利用ZEMAX软件分别对两种方案进行光路设计模拟并对比,结果显示:非球面透镜光纤耦合模块与柱面透镜光纤耦合模块都能使408nm半导体激光器高效耦合到多模光纤中,理论上都可获得98%以上的耦合效率,但其中非球面透镜耦合具有结构简单、聚焦光斑小、模块体积小、透过能量高等诸多优点而更具优势。采用408nm单管半导体激光器、透镜、光纤及相关组件,应用光纤捆绑合束技术,完成非球面透镜光纤耦合实验。获得了中心波长408nm,输出功率为8.12W的蓝紫光半导体激光器光纤耦合模块,采用风冷散热系统,在工作电流1.3A时,2小时内的功率不稳定性仅为0.3%,实测耦合效率为83%。从实验数据分析可知,实际光纤耦合效率低于模拟结果,原因在于非球面透镜的准直聚焦中要求单管与光纤的配合精度非常高,而紫外胶连接模块方式易形变,使透镜的耦合位置造成偏移,降低了耦合效率。为了提高蓝紫激光束整形效果,依据几何光学的照明原理,采用非成像光学系统的设计方法,设计了一套由准直透镜、双排复眼透镜(纵横比为16㑳9,焦距为26mm)和聚焦透镜构成的整形系统,将发散角较大的圆形光场整形为尺寸0.67英寸的矩形光场,光场均匀性达到86%,光能利用率达到98%以上。研究表明:蓝紫光单管半导体激光器利用非球面透镜光纤耦合技术,能够以简单紧凑的结构实现激光能量高效稳定的输出;采用多光纤捆绑合束技术,使输出功率得到了较大幅度的提高;利用复眼透镜匀光系统将激光光场整形为矩形光场的同时提高了光场的均匀性,并保证了激光能量的利用率。
【图文】：

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长春理工大学硕士学位论文半导体激光器开始被大批量制造生产，并且功率不上已有输出功率为 200mW、300mW、420mW 的蓝a 公司制备的输出功率 300mW 的蓝紫光单管 LD。O 封装结构，这种封装模式散热性好，使用寿命长。光器的是，TO 封装的蓝紫光单管 LD 的激光出射点O 封装结构的单管进行光束整形的难度，但也由于窗延长了芯片的使用寿命。2015 年，美国 JDSU 公司制率为 350mW 的蓝紫光单管 LD。同年，日本 USHIO输出功率为 1W 的蓝紫光单管 LD。

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图 1.2 蓝紫激光切割 PCB 板制造3D 打印技术主要有立体光刻、数字光处理、三维喷墨打印紫光及紫外光辐照光敏树脂固化成型的方式[18]。3D 打印吸收光波使液态材料固化，，目前，随着 3D 打印技术的发多。不同的光敏树脂材料吸收不同的光谱，对比紫外光，，不易被填料吸收，因此在复合光敏材料方面具有明显优体激光器体积小、光谱范围宽、响应速度快等优点成为光重要光源，如图 1.3 为一商业 3D 打印机。光固化成型 3D表现为打印的精度和速度，具体体现在照明光源的能量
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.4

【参考文献】