大功率半導(dǎo)體激光器光束整形研究.pdf

1、半導(dǎo)體激光是近幾十年來(lái)發(fā)展快、滲透廣、成果多、應(yīng)用領(lǐng)域廣的一種電光轉(zhuǎn)換器件。由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，如體積小、效率高、成本低、可高度集成、波長(zhǎng)覆蓋面廣等，被廣泛應(yīng)用于激光顯示、通信、醫(yī)療、固體激光器泵浦、軍事等技術(shù)領(lǐng)域，成為當(dāng)前激光產(chǎn)業(yè)應(yīng)用拓展的重要方向之一。
　　在夜間照明方面，近紅外半導(dǎo)體激光，波長(zhǎng)為800-1000nm，具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，例如電光轉(zhuǎn)換率高，工作壽命長(zhǎng)，照明距離遠(yuǎn)等，是發(fā)光二極管(LED)和其它紅外照明光源無(wú)法達(dá)到的;

2、并且波長(zhǎng)900nm以上半導(dǎo)體激光器，對(duì)人眼無(wú)紅暴，廣泛應(yīng)用于鐵路公路等項(xiàng)目。半導(dǎo)體激光器由于其自身發(fā)光屬性，作為紅外照明又有其固有的弱勢(shì)，例如發(fā)光光斑形狀為遠(yuǎn)場(chǎng)橢圓形，幾十厘米以外可以看成是長(zhǎng)條光斑，并且長(zhǎng)條方向的發(fā)散角達(dá)到40度以上，嚴(yán)重影響光束的傳輸距離;激光光束的干涉散板，造成照明效果的雪花斑等現(xiàn)象。鑒于這些使用的實(shí)際要求，本文提出了光束的多種整形方式，分析各種結(jié)果，應(yīng)用于不同距離的照明;采用不同方式進(jìn)行光斑的勻化，消除干涉散斑、

3、圓環(huán)等現(xiàn)象的具體方法和效果展示;在泵浦方面，也需要將半導(dǎo)體激光器進(jìn)行快軸壓縮，泵浦光光束的光功率分布均勻有利于控制激光的橫模，確保激光處于基橫模的工作狀態(tài)。采用在玻璃光纖兩個(gè)弧面鍍制增透膜的方法，消除了光譜曲線的劈裂并有效地減小了譜寬。進(jìn)一步研究了半導(dǎo)體激光器快軸壓縮后，均勻光束泵浦下的單縱模綠光激光器的實(shí)驗(yàn)，單橫模工作更穩(wěn)定，并提出了高折射率材料作為選頻材料的新技術(shù)，實(shí)驗(yàn)證明使用高折射率材料在調(diào)節(jié)過(guò)程中能夠使縱模之間的間隔更大，調(diào)節(jié)更

4、方便。
　　光纖耦合是半導(dǎo)體激光器光束整形的另外一種重要技術(shù)，它把光束由半導(dǎo)體激光器本身的橢圓形光斑以圓光斑柔性輸出，使用方便;并且熱源與使用器件分開(kāi)，減少了相互之間的熱影響。本文工作中以3.5W450nm藍(lán)光半導(dǎo)體激光器為例，得到間接耦合輸出，耦合效率達(dá)到88.6％。對(duì)于機(jī)械加工用的上千瓦光纖激光器來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體激光器作為其泵源，更加顯示出其在該領(lǐng)域應(yīng)用的重要性。在該領(lǐng)域的應(yīng)用中光功率密度大小直接決定了加工能力，例如鋼板的切割厚度

5、，切割過(guò)程中的邊緣效應(yīng)，加工的速度等，而光功率密度又決定于光纖激光器的轉(zhuǎn)換效率，最終歸結(jié)于半導(dǎo)體激光器光纖輸出的光功率密度。有兩點(diǎn)是目前業(yè)界內(nèi)一直在追求的更高，一是單芯片發(fā)光尺寸的大小，二是耦合進(jìn)光纖過(guò)程中光束在空間的排列。另外還有些通過(guò)半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)區(qū)別完成的波長(zhǎng)耦合和通過(guò)半導(dǎo)體激光器偏振特性完成的偏振耦合，但這些都是基于空間合束的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，本文會(huì)略有介紹。該技術(shù)在近紅外已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但是在可見(jiàn)光范圍，報(bào)道并不多，本文將