半导体激光器列阵外腔锁相的一般性分析

论文摘要

半导体激光器列阵(LDA)结构紧凑,体积小,效率高,已被广泛应用于空间光通信,泵浦固体激光器,材料加工等众多领域。但是目前商用大功率LDA发光单元间距较大(～500μm),因而各单元之间不存在实质性的内在耦合,即单元的电场之间缺乏相干性,这就导致了LDA输出的光束质量较差,限制了LDA在其它领域的应用。为了克服这一缺点,LDA单元间的位相锁定成为了近几年的研究热点。 外腔锁相因其结构简单、效果明显,因而在外部耦合锁相方法中倍受关注。已经有不少理论对LDA外腔锁相进行分析,也有不少试验结果证明了这些理论的合理性,但这些理论大部是在考虑具体的外腔参数的情况下对锁相LDA进行的分析,不具有普适性。本文在不针对特定的外腔参数的情况下并考虑到外腔锁相LDA的阈值与前端面的剩余反射系数有关这一事实,对外腔锁相LDA进行了一般性的分析。在只计相邻发光单元间互相耦合及单元自耦合的近似下,解析证明出外腔锁相LDA阈值最低的模要么是基超模要么是高阶超模,说明了存在一些分立的外腔长度范围可以使LDA运行于基超模或最高阶超模。 实现LDA外腔锁相一个关键因素就是每个发光单元的光场频率不能相差太大,这就要求LDA热沉散热效率要很高,因为不均匀的散热会导致单元纵模频率的变化。本文通过解热传导方程得到了半导体激光器列阵的热沉温升分布的解析表达式,并利用该解析式分析了热传导系数对热沉散热的影响,与有限元法相比,本方法物理模型清晰、计算量明显减少,并可对参数进行直观的分析,为安装冷却器提供了一种较为简单和方便的参考依据,也为有限元法提

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体激光器及其列阵的发展回顾
• 1.1.1 半导体激光器（LD）的简介
• 1.1.2 半导体激光器列阵（LDA）的简介
• 1.2 半导体激光器列阵的位相锁定
• 1.3 本文的研究目的和意义
• 1.4 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 关于半导体激光器列阵超模的基础知识
• 2.1 引言
• 2.2 外腔锁相LDA的超模
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 外腔锁相列阵的半导体激光的一般分析
• 3.1 引言
• 3.2 LDA的振荡模式
• 3.3 外腔长度对模式的选择
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 解析计算半导体激光器列阵的热沉温升
• 4.1 引言
• 4.2 热传导方程及其求解
• 4.3 计算与分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 外腔锁相改善半导体激光器列阵输出光束特性
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 阈值特性
• 5.3.2 光谱特性
• 5.3.3 远场特性
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 总结
• 致谢
• 附录: 攻读硕士期间发表和合作发表的论文
• 声明