激光二極管陣列多波長(zhǎng)光束組合技術(shù)研究.pdf

1、激光二極管陣列(LDA)以其體積小、效率高、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于材料加工、醫(yī)療、自旋交換光抽運(yùn)、泵浦固體激光器和光纖激光器等領(lǐng)域。但是LDA固有的光束質(zhì)量差、相干性差的缺陷嚴(yán)重地限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。大功率二極管激光陣列通過(guò)改善輸出光的光束質(zhì)量,獲得近衍射極限的輸出光束,可直接用做系統(tǒng)光源,其應(yīng)用范圍必將大大擴(kuò)展。 論文首先分析了改善二極管激光器陣列光束質(zhì)量的各種技術(shù)途徑,并對(duì)其優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行了比較,分析表明,相比相干組

2、合技術(shù),波長(zhǎng)光束組合技術(shù)能有效改善LDA的輸出光束光束質(zhì)量,對(duì)LDA自身要求較低,不需要控制單元或陣列間的位相關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、緊湊、調(diào)節(jié)精度低,更有可能獲得高亮度的系統(tǒng)光源。其次,基于光束組合技術(shù),對(duì)閉環(huán)波長(zhǎng)光束組合技術(shù)進(jìn)行了理論分析,結(jié)合光束組合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)各元器件的作用進(jìn)行分析闡明,并實(shí)驗(yàn)采用50W快慢軸準(zhǔn)直陣列,獲得輸出功率19.9W、光束質(zhì)量因子M2為32的光束組合輸出光,可耦合進(jìn)數(shù)值孔徑0.22、芯徑400um的多模光纖。

3、優(yōu)化光束組合系統(tǒng)元器件參數(shù),光束組合后的輸出功率大于25W?？紤]到閉壞光束組合系統(tǒng)腔長(zhǎng)太長(zhǎng),系統(tǒng)不太緊湊,進(jìn)一步對(duì)開(kāi)環(huán)波長(zhǎng)光束組合改善光束質(zhì)量的理論進(jìn)行了分析,并采用體布拉格光柵(VBG)外腔獲得中心波長(zhǎng)為807.4nm,光譜寬度(FWHM)為0.4nm,且不隨熱沉溫度和注入電流漂移的穩(wěn)定光譜輸出,輸出功率為15.12W,VBG鎖定效率接近于1。實(shí)驗(yàn)采用λ-chirped VBG外腔對(duì)LDA鎖定在光譜寬度15nm(800nm-815nm

4、)的頻譜范圍上,鎖定效率接近于1,實(shí)驗(yàn)采用慢軸未準(zhǔn)直陣列,λ-chirped VBG外腔進(jìn)行外腔開(kāi)環(huán)波長(zhǎng)光束組合實(shí)驗(yàn)研究,陣列光束組合輸出功率為11.2W,光束質(zhì)量因子M2約為6,組合頻譜寬度為15nm。通過(guò)拉長(zhǎng)VBG外腔腔長(zhǎng),在VBG外腔和LDA中間插入平凸柱面透鏡,采用偏轉(zhuǎn)體布拉格光柵外腔進(jìn)行外腔鎖相研究,在注入電流35A時(shí),獲得穩(wěn)定的同相單瓣模遠(yuǎn)場(chǎng)輸出,波長(zhǎng)鎖定在802nm,中心主瓣峰值半寬(FWHM)壓窄到0.2nm,對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)場(chǎng)