大功率半導(dǎo)體激光器陣列光束特性及其測(cè)試技術(shù)研究.pdf

1、近些年，大功率半導(dǎo)體激光器陣列(High-power Laser Diode Arrays-HLDA)作為固體激光器泵浦光源或直接光源在工業(yè)、軍事等領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，對(duì)于HLDA的研究主要集中在兩方面：一是以提高輸出功率為目的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱特性分析、封裝技術(shù)研究等；二是HLDA光束整形、耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于它的遠(yuǎn)場(chǎng)分布、束寬、發(fā)散角等光束特性的研究卻比較少，而這些特性對(duì)于HLDA光束質(zhì)量評(píng)價(jià)及其光束整形系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義

2、。本文以研究HLDA的光束特性及其測(cè)試技術(shù)為主要目的，主要研究?jī)?nèi)容有：
　　在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，綜述了目前有關(guān)半導(dǎo)體激光器光束特性的研究現(xiàn)狀，并分析了當(dāng)前的方法和技術(shù)應(yīng)用于HLDA光束特性研究時(shí)存在的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，文中首先基于亥姆霍茲方程和單管半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)分布特性，建立了HLDA的遠(yuǎn)場(chǎng)分布模型。并以不同類(lèi)型的HLDA為測(cè)試對(duì)象，驗(yàn)證了模型的正確性。利用該模型在已知HLDA結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上能夠有效地分析其傳輸特性

3、。以該模型為基礎(chǔ)結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析了HLDA的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布特性，并進(jìn)一步分析了驅(qū)動(dòng)電流、bar不發(fā)光等重要因素和現(xiàn)象對(duì)光強(qiáng)分布的影響，得出：在光束傳輸?shù)揭欢ň嚯x后，HLDA的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布在平行于PN結(jié)方向上呈雙峰結(jié)構(gòu)，且驅(qū)動(dòng)電流、bar不發(fā)光等不會(huì)改變這一雙峰結(jié)構(gòu)特性。
　　針對(duì)當(dāng)前束寬定義在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了一種束寬求解新方法。該方法以光斑邊緣曲線(xiàn)的幾何特征為基礎(chǔ)求解光束束寬，光斑邊緣曲線(xiàn)利用改進(jìn)的高斯濾波器結(jié)合光強(qiáng)的梯度變

4、化來(lái)檢測(cè)求解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明利用改進(jìn)的高斯濾波器能夠獲得較好的光斑邊緣檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)對(duì)HLDA束寬特性的分析可知在HLDA的光強(qiáng)分布沒(méi)有形成雙峰結(jié)構(gòu)前，光束在垂直P(pán)N結(jié)和平行PN結(jié)方向上的束寬（ωx和ωy）隨傳輸距離呈非線(xiàn)性變化；當(dāng)HLDA光強(qiáng)分布成固定的雙峰結(jié)構(gòu)后，ωx、ωy隨傳輸距離呈線(xiàn)性變化。這一結(jié)論對(duì)于HLDA發(fā)散角測(cè)試方法和測(cè)試系統(tǒng)的研究具有重要作用。
　　針對(duì)HLDA的面發(fā)光特性，提出了基于雙光斑外緣曲線(xiàn)的HLDA發(fā)

5、散角計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的光接收探測(cè)裝置。探測(cè)裝置由兩個(gè)同心，但半徑大小不同的半圓環(huán)探頭組成，測(cè)試時(shí)，兩個(gè)半圓環(huán)探頭分別探測(cè)獲得光束在兩個(gè)不同傳輸距離處的光斑邊緣曲線(xiàn)。與傳統(tǒng)方法相比，使用該方法測(cè)試HLDA發(fā)散角更為合理，誤差更小。該方法的提出和測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)解決了當(dāng)前HLDA發(fā)散角測(cè)試時(shí)存在的兩個(gè)主要問(wèn)題：一是消除了把HLDA的面發(fā)光當(dāng)作點(diǎn)光源處理所引起的測(cè)量誤差；二是避免了由于HLDA輸出功率過(guò)高而損壞或燒毀探測(cè)器。
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