大功率半导体激光器阵列远场光分布特性研究

论文摘要

半导体激光器具有结构紧凑、高亮度、效率高等优点,在科研和工程领域有极其广泛的应用,这是其它激光器无法比拟的。但是由于其非对称光波导结构,半导体激光器在垂直和平行于结平面方向上的发散角差异很大,造成出射光场复杂,给实际工程应用造成了很大的麻烦。因此在许多应用领域中,必须对光束整形以及提高耦合效率,这就需要准确地了解半导体激光器的远场光分布及其传播特性,以便更有效的利用。本论文采用了一种描述激光二极管双峰远场结构的光场模型。两个离心的高斯模型用来建立半导体激光器的波导模式,通过边界条件计算Helmholtz方程即可求得远场分布。该模型同时考虑了激光二极管垂直于和平行于结平面大发散角光束的传输特性,用计算机对单emitter、bar和stack型大功率半导体激光器进行了计算仿真,其结果与理论分析结果相吻合。论文的主要工作如下:1)对单个emitter型高功率半导体激光器的远场分布进行了数学描述与推导,并用MatLab对其垂直、平行于结平面光场进行了图形分析,最后对其远场的光强分布进行了仿真。2)以单个emitter高功率半导体激光器的光场远场分布为出发点,计算模拟bar型激光器的远场光强及相应的光斑形状。3)建立stack型激光器的空间模型,计算模拟stack型激光器的远场光强及相应的光斑形状。4)对几种高功率半导体激光器的一些缺陷,例如不发光点、smile效应进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体激光器的发展过程
• 1.2 本论文研究内容和意义
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 半导体激光器的基本结构与类型
• 2.1 半导体激光器的波导结构
• 2.2 半导体激光器的基本类型
• 2.3 大功率半导体激光列阵的分类与结构
• 第三章 半导体激光器光场分布的理论基础
• 3.1 波动光学的衍射理论
• 3.1.1 麦克斯韦方程组
• 3.1.2 光场衍射理论分析
• 3.2 非傍轴光波的传输理论
• 3.3 半导体激光器的空间模式
• 3.3.1 半导体激光器的光束发散角
• 3.3.2 半导体激光器的像散
• 第四章 大功率半导体激光器远场分布的建模与仿真
• 4.1 单个大功率半导体激光器的远场分布建模与仿真
• 4.1.1 单个emitter 的远场分布描述
• 4.1.2 对单个emitter （ 单元列阵） 进行仿真与分析
• 4.2 bar 型激光器的远场空间分布
• 4.2.1 bar 型阵列结构与远场分布描述
• 4.2.2 对bar 型进行仿真与分析
• 4.3 stack 型大功率半导体激光器的远场分布建模与仿真
• 4.3.1 stack 型阵列结构与远场分布描述
• 4.3.2 对stack 型进行计算机仿真与分析
• 4.3.3 Stack 型半导体激光器不发光源对光强分布的影响
• 4.3.4 Smile 效应对b ar 型激光器光强分布的影响
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献