高功率半导体激光面阵光束整形技术的研究

论文摘要

由于半导体激光器的电光转化效率高,波段范围广,使用寿命长等优点,使得半导体激光器在很多方面都得到了广泛的应用。但其输出光束的发散角较大,光束质量不好,且在水平和垂直方向上存在着较为明显的差异,影响了它的直接应用,因此半导体激光器光束的整形成了人们关注的一个热点问题,国内外的很多学者对此进行了大量的研究。本论文在综述国内外报导的各种整形方法的基础上,提出了用正交的平凸柱面镜组合对作为固体激光器泵浦源的半导体激光面阵的光束进行整形的方案。为了提高泵浦源的功率密度,提出先将四个半导体激光面阵的光束进行非相干合成,再对合成光束进行整形的方案。(1)根据光束非相干合成技术的理论,结合半导体激光面阵的结构特点,提出先将两个半导体激光面阵的光束进行空间复合,再将空间复合后的光束进行偏振耦合的光束合成方案。用zemax光学设计软件对合成后的光束的光强分布进行模拟,在此基础上分析系统的合成效率及合成器件的失调对合成效果的影响。(2)在光束非相干合成的基础上,提出了用正交的柱面镜组合对合成后的光束进行整形的方案。用光线追迹法分析了柱面镜各参数(r,d,n)对整形效果的影响,在此基础上,根据实际需求,提出整形系统的结构和确定柱面镜的初始结构参数,用zemax光学设计软件对整形系统进行建模、调试、分析,确定了柱面镜的最终结构参数以及柱面镜间的距离。在上述分析和设计的基础上,对四个半导体激光面阵发出的光束进行了合成和整形的实验研究,得到了一个4.86mm×4.86mm的正方形光斑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 半导体激光器的发展及应用
• 1.2 半导体激光器光束整形的意义及国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要内容
• 2 光束的合成和整形理论
• 2.1 多光束的合成技术理论
• 2.2 光路设计的几何光学基础
• 2.3 光学设计软件zemax 的介绍
• 2.4 半导体激光光束质量评价方法
• 2.5 本章小结
• 3 半导体激光面阵的光束合成系统的设计及模拟分析
• 3.1 半导体激光面阵的光束合成的方案
• 3.2 Zemax 对半导体激光面阵的光束合成系统的模拟及分析
• 3.3 本章小结
• 4 半导体激光面阵的光束整形方案的设计与模拟
• 4.1 光束的准直
• 4.2 光束的压缩
• 4.3 Zemax 光学软件对合成和整形的整个系统的模拟及分析
• 4.4 本章小结
• 5 半导体激光面阵的光束合成和整形实验及误差分析
• 5.1 实验的准备工作
• 5.2 半导体激光光束合成实验
• 5.3 半导体激光光束整形实验
• 5.4 实验结果分析
• 6 总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献