大功率半导体激光器阵列光强分布特性测试系统研究

论文摘要

大功率半导体激光器阵列(HLDA)具有体积小、质量轻、寿命长、效率高等优点,因此在很多领域内都得到了广泛的应用。但是由于HLDA本身的结构决定,其光场分布不均匀,实际应用时通常需要对光束进行光学整形和耦合,而了解HLDA的光强分布特性是设计光学整形耦合系统的必要自订提。因此对HLDA进行光强分布特性测试具有重要的意义。HLDA在文中主要指二维非相干大功率半导体激光器阵列,它由多个一维线性阵列(bar条)纵向叠加而成,每个bar条上包含多个发光单元,每个发光单元相当于一个单管半导体激光器(SLD)。目前国内外许多学者研究出了SLD的光强分布模型,但是对于HLDA的光强分布特性,还没有具体计算模型。现有的实验测试方法有CCD相机法和扫描型轮廓曲线仪法等,这些方法都是针对小功率半导体激光器的,因而对测试HLDA光强分布都不合适。基于上述现状,本课题研究了一套测量HLDA远场光强分布特性的系统。系统整体构成包括:准连续LD驱动电源、循环水系统、光接收探测器、三维移动平台及其控制器、数据采集模块以及上位机的数据处理和显示。其中,驱动电源为HLDA提供驱动电流使其发光;循环水系统用于冷却HLDA,避免工作时因温度过高而损坏或烧毁;三维移动平台在移动台控制器的控制下,带动光接收探测器对HLDA发光面进行三维移动扫描;数据采集模块对测得的光强值进行采集,之后,再通过USB接口传给上位机,进行数据处理和显示。在完成系统设计和功能调试的基础上,利用该测试系统测试了简化HLDA和实际HLDA的光强分布特性,并通过简化HLDA和实际HLDA在平行结平面和垂直结平面方向上的光强分布,验证了本课题所依托项目的前期工作者提出的HLDA光强分布模型。最后对系统稳定性进行了分析,实验结果表明,本文研究的HLDA光强分布特性测试系统具有良好的测试稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 半导体激光器的发展进程
• 1.2 HLDA的发展现状
• 1.3 HLDA光强分布特性研究的意义
• 1.3.1 HLDA的应用
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.4 课题来源及任务
• 1.5 本章小结
• 第2章 HLDA光强分布特性
• 2.1 半导体激光器的工作原理
• 2.2 HLDA的光强分布特性
• 2.2.1 HLDA的结构
• 2.2.2 HLDA的热特性与阈值特性
• 2.2.3 HLDA的光强分布特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 测试系统的研究
• 3.1 光强分布测试系统组成
• 3.2 光接收探测装置
• 3.2.1 光纤导光原理
• 3.2.2 PD的工作原理及选型
• 3.2.3 光接收探测装置构成
• 3.3 数据采集模块
• 3.3.1 单片机控制采样模块
• 3.3.2 光电检测模块
• 3.4 本章小结
• 第4章 软件系统的设计
• 4.1 控制软件模块的设计
• 4.1.1 主控制模块
• 4.1.2 系统设置模块
• 4.1.3 A/D转换模块
• 4.2 测试软件模块的设计
• 4.2.1 开发环境的选择
• 4.2.2 测试模块
• 4.2.3 数据处理模块
• 4.2.4 数据显示和保存模块
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验测试与结果分析
• 5.1 实验测试
• 5.2 实验测试结果及描述
• 5.2.1 大功率SLD光强分布特性测试
• 5.2.2 简化HLDA的光强分布特性
• 5.2.3 实际HLDA的光强分布特性
• 5.3 模型验证
• 5.3.1 非线性最小二乘法拟合
• 5.3.2 以简化HLDA为对象的远场分布模型验证
• 5.3.3 以实际HLDA为对象的远场分布模型验证
• 5.4 系统稳定性分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历