激光二極管陣列多波長光束組合技術(shù)研究.pdf

1、激光二極管陣列(LDA)以其體積小、效率高、成本低、壽命長等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于材料加工、醫(yī)療、自旋交換光抽運、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、相干性差的缺陷嚴重地限制了它的進一步應(yīng)用。大功率二極管激光陣列通過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,并對其優(yōu)劣勢進行了比較,分析表明,相比相干組

2、合技術(shù),波長光束組合技術(shù)能有效改善LDA的輸出光束光束質(zhì)量,對LDA自身要求較低,不需要控制單元或陣列間的位相關(guān)系,實驗裝置簡單、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),對閉環(huán)波長光束組合技術(shù)進行了理論分析,結(jié)合光束組合實驗系統(tǒng),對各元器件的作用進行分析闡明,并實驗采用50W快慢軸準直陣列,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。考慮到閉壞光束組合系統(tǒng)腔長太長,系統(tǒng)不太緊湊,進一步對開環(huán)波長光束組合改善光束質(zhì)量的理論進行了分析,并采用體布拉格光柵(VBG)外腔獲得中心波長為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。實驗采用λ-chirped VBG外腔對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,實驗采用慢軸未準直陣列,λ-chirped VBG外腔進行外腔開環(huán)波長光束組合實驗研究,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。通過拉長VBG外腔腔長,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行外腔鎖相研究,在注入電流35A時,獲得穩(wěn)定的同相單瓣模遠場輸出,波長鎖定在802nm,中心主瓣峰值半寬(FWHM)壓窄到0.2nm,對應(yīng)的遠場