高效率半导体激光器光纤耦合模块的研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:S20090908
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半导体激光器具有体积小、重量轻、能量转换效率高、寿命长、可靠性好、易于调制以及价格低廉等优点,在医疗、军事、材料加工和处理等方面受到越来越广泛的应用。由于半导体激光器快慢轴两个方向光束质量极不均衡,导致半导体激光器整体的光束质量差,极大地限制了它的应用范围。因此,我们将利用高效率的半导体巴条,通过光学元件均衡光束质量,并将其耦合入光纤中,得到一个灵活的高功率高效率的激光源,这将扩大半导体激光器的应用范围。  本论文通过详细调研和总结国内外光纤耦合半导体模块研究的基础上,对半导体激光器的光束整形、空间组合和光纤耦合技术进行了深入的研究,具体如下:  (1)对半导体激光器的光束整形进行了研究。分析了国内外研究者的光束整形方案,选择合适的光束整形方案,均衡半导体激光器两个方向的光束质量,使半导体激光器快慢轴两个方向的光束质量都满足光纤耦合条件。  (2)对半导体激光器的空间组合方案进行了研究。为了实现高功率的激光输出,分析国内外各种空间组合方案,选择使用的空间组合方案,实现多个巴条的空间叠加,得到高功率的激光输出。  (3)对光纤耦合半导体模块中的耦合镜结构的模拟。先运用公式计算出耦合镜的焦距范围;选择合适的耦合镜初始结构,把初始结构带入ZEMAX软件中进行模拟,优化得到消球差的耦合镜的最佳结构数据。  (4)半导体激光器的光纤耦合实验。将五个光束整形的巴条进行空间组合,然后通过耦合镜将光束耦合入芯径为400μm,数值孔径为0.22的光纤中,在电流为70A时,光纤耦合后的输出功率为244.6W,光纤的耦合效率达到93.6%。
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