【摘要】：隨著激光技術(shù)在材料加工、國(guó)防安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高問(wèn)題受到越來(lái)越多的研究者的關(guān)注。由于單管半導(dǎo)體激光器具有光束質(zhì)量好和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),卻受限于輸出功率很難提高,于是本文對(duì)基于單管激光器的多路激光功率合成技術(shù)進(jìn)行研究分析,主要包括以下內(nèi)容:首先,對(duì)半導(dǎo)體激光器的電學(xué)特性和光學(xué)特性進(jìn)行介紹,并對(duì)激光的光斑尺寸、剩余發(fā)散角等幾個(gè)重要參數(shù)的測(cè)量方式進(jìn)行討論,以及對(duì)光束質(zhì)量的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行分析與總結(jié),得出光束參數(shù)積最適合用于激光功率合成中的光束質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)論。其次,利用ZEMAX軟件的光線追跡功能,在非序列模式下模擬激光光束的輸出特性,對(duì)光束在快慢軸方向上分別使用不同類型透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)發(fā)散角和光束質(zhì)量的分析得到最適合快軸準(zhǔn)直的透鏡為非球面透鏡,最適合慢軸準(zhǔn)直的透鏡為平凸透鏡。針對(duì)快慢軸方向準(zhǔn)直誤差問(wèn)題進(jìn)行研究,在軟件中模擬快軸準(zhǔn)直鏡和慢軸準(zhǔn)直鏡的六個(gè)自由度的裝調(diào)誤差對(duì)光束準(zhǔn)直效果的影響,定量給出模擬結(jié)果。對(duì)激光耦合進(jìn)光纖要滿足的耦合條件進(jìn)行分析與討論,在光斑形狀與光纖端面的纖芯形狀失配的情況下討論不同纖芯直徑的光纖對(duì)耦合效率和輸出功率密度的影響。針對(duì)合束光束在經(jīng)過(guò)擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)后在焦點(diǎn)位置處存在的偏移問(wèn)題進(jìn)行研究,定量分析了發(fā)散角、波長(zhǎng)和光程對(duì)焦點(diǎn)位置與光斑尺寸的影響。最后,通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)與空間設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式,對(duì)單管半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向上的空間排列進(jìn)行計(jì)算與分析,經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直系統(tǒng)、合束系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)以及光纖耦合系統(tǒng)的光路分析,設(shè)計(jì)了6路5W激光功率合成方案,仿真結(jié)果表明在光纖的出射端面輸出功率為25.6W的激光,然后基于偏振合束技術(shù)設(shè)計(jì)了12路10W激光功率合成方案,仿真得到光纖輸出100.1W激光,最后基于波長(zhǎng)合束技術(shù)設(shè)計(jì)了24路10W激光功率合成方案,仿真得到光纖輸出190.1W激光。
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2單管封裝形式的半導(dǎo)體激光器如圖 1.1 所示，一個(gè)激光器就是一個(gè)單獨(dú)的模塊，只有一個(gè)發(fā)光點(diǎn)，簡(jiǎn)單的封裝結(jié)構(gòu)使其散熱性能好，只需風(fēng)冷方式就能良好散熱，并且其使用壽命一般都很長(zhǎng)，可以達(dá)到 20 萬(wàn)小時(shí)。單管半導(dǎo)體激光器的輸出功率由幾毫瓦到幾瓦不等，，現(xiàn)在有些商用的單管激光器可以達(dá)到十幾瓦甚至幾十瓦輸出。一般情況下，單管激光器的輸出功率較低，可以通過(guò)多單管合束的方式提高功率。圖 1.1 單管半導(dǎo)體激光器圖 1.2 為 9xxnm 單管半導(dǎo)體激光器的輸出功率研究進(jìn)展[9-11]，從圖中可以看出，在 2005 年到 2009 年的這幾年中

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文考慮到單管封裝的激光器輸出功率有限，無(wú)法應(yīng)用到需要大功率激光的，所以線陣封裝的半導(dǎo)體激光器應(yīng)運(yùn)而生。線陣半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)如圖示，把多個(gè)寬度為 100μm 到 150μm 的半導(dǎo)體發(fā)光單元封裝成一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊光單元，封裝完之后的單元寬度通常為厘米級(jí)別，因此也稱為厘米 bar。導(dǎo)體激光器大大提高了輸出功率，目前輸出功率可以達(dá)到上千瓦。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN248.4

【參考文獻(xiàn)】

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