激光二极管列阵的光束整形及光强分布理论

论文摘要

半导体激光器又称激光二极管（LD）,是以半导体材料作为工作介质的一类激光器。半导体激光器具有单色性、高亮度、体积小、响应速度快、效率高、可直接调制等特点,已经在光纤通信、光传感、光信息存储、激光打印、集成光学等领域发挥着重要的作用。为了实现更高功率的半导体激光器,人们设计了激光二级管列阵（LDA）。激光二极管列阵应用也很广泛,它可以作为激光器的泵浦源,可以实现激光焊接,还可以用来做眼科手术、红外照明等。但由于激光二极管列阵（LDA）输出光束呈相当严重的扁椭圆形（比如：1μm×10mm）,输出的光束不能直接应用,所以改善激光二极管列阵的光束质量显得尤为重要。改善半导体激光光束质量的技术可以分为两类。一类是通过改变半导体激光器本身或者外加谐振腔等方法,内在地改变出射光束质量。而另外一种类型方法是通过对半导体激光器外加折射、反射、衍射等光学系统,外在地改变其出射光束质量。后一种类型更加常见和简便,要对其进行光束整形,首先要知道其远场光强分布理论,但是至今没有一种理论模型满足大功率激光器的出射光场分布。在此基础上,本文一方面对LDA的出射光场分布提出了一种新的理论模型,并通过对其光强分布的实验测试记录了发光性质的资料,并进行理论模型和实验数据对比；同时还对整形方案进行了理论推导,并进行了相关实验结果的记录。我们采用的光强分布测试系统,可以记录大量的数据,并可获得了LDA的三维光束轮廓分布图（相应的一维图和二维图也可以得到）。这些数据,为下一步的光束整形提供了前提依据。我们设计的光束整形系统是透镜组合：第一部分是正交双曲柱面-圆柱面微透镜,它的作用是降低快轴和慢轴的发散角；第二部分椭圆柱面-平面透镜和平面-圆柱面透镜组成,其目的是对光束进行压缩,它能将慢轴方向上的光斑压缩到1mm之内。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 半导体激光器的发展
• 1.2 半导体激光器的广泛应用
• 1.3 半导体激光器的特性
• 1.3.1 激光二极管泵浦的二极管激光器的结构
• 1.3.2 半导体激光器的空间模式
• 1.3.3 半导体激光器的像散
• 2 现有LDA空间整形技术的研究
• 2.1 综述
• 2.2 专门针对快轴光束的压缩（准直）技术
• 2.2.1 柱面透镜或者半柱面透镜
• 2.2.2 光纤耦合透镜
• 2.3 针对慢轴的光束整形技术
• 2.3.1 整形棱镜
• 2.4 半导体激光器的整形方法
• 3 LDA光场分布的理论模型和光强分布的测试
• 3.1 大功率半导体光场分布理论研究现状
• 3.2 远场分布的部分相干模型
• 3.2.1 双光束干涉的部分相干性理论
• 3.2.2 远场分布曲线
• 3.3 激光光束相关参数的测定
• 3.3.1 注意事项
• 3.3.2 测试过程
• 3.3.3 数据的处理和分析
• 4 半导体激光器光束整形
• 4.1 半导体激光器整形的理论推导
• 4.1.1 第一级透镜理论推导
• 4.1.2 第二第三级透镜理论推导
• 4.2 应用
• 5 总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 论文创新
• 5.3 今后工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢