【摘要】：半導(dǎo)體激光器具備壽命長、電光轉(zhuǎn)換效率高、功率體積比大、調(diào)制性能優(yōu)異、可選波長寬、易于集成等諸多性能優(yōu)勢,隨著功率、亮度、光束質(zhì)量、頻譜穩(wěn)定性等性能的不斷提升,半導(dǎo)體激光器已直接或間接應(yīng)用在空間通信、激光加工、激光照明與顯示、激光測量與監(jiān)測、國防安全等領(lǐng)域,在全球范圍內(nèi)半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模也在不斷擴大。作為間接光源,半導(dǎo)體激光泵浦固體、光纖及堿金屬等多種類型激光器,要求泵浦光譜與吸收光譜嚴(yán)格匹配,而半導(dǎo)體激光器存在光譜較寬、頻譜穩(wěn)定性較差的問題,導(dǎo)致泵浦效率較低。作為直接能量光源,半導(dǎo)體激光器單元器件功率較低,光束質(zhì)量差等問題都亟待解決。另外,基于紅、綠、藍(RGB)三基色半導(dǎo)體激光器的合成光源應(yīng)用在激光顯示及照明領(lǐng)域,具有顯色性好、亮度高等優(yōu)勢,但由于處于起步階段,存在激光功率低的問題,不能滿足高功率、高亮度激光顯示的使用要求。本論文基于半導(dǎo)體激光外腔反饋波長鎖定及合束技術(shù),研制出高功率、高光束質(zhì)量的直接光源和適用于堿金屬蒸汽激光器泵浦的高功率、窄線寬泵浦光源;基于RGB三基色半導(dǎo)體激光器研制出高功率白激光顯示光源。具體的研究內(nèi)容和成果如下:(1)基于RGB三基色半導(dǎo)體激光器件,通過空間合束、波長合束等,三基色光耦合進單光纖,光纖輸出合束光功率超過100W。根據(jù)色度學(xué)原理進行顏色功率配比,獲得了功率達63W,色溫為5710K的白光輸出,比標(biāo)準(zhǔn)白光D_(65)的色溫低12.2%。在此基礎(chǔ)上,進行調(diào)溫、調(diào)色實驗,獲得了功率達58.4W,色溫為6480K的白光輸出,比標(biāo)準(zhǔn)白光D_(65)的色溫低3.08%�；谠摴庠�,通過調(diào)整激光功率配比,可實現(xiàn)不同色溫的合束激光輸出。(2)針對Rb堿金屬蒸汽激光器泵浦光需求,提出了快軸準(zhǔn)直鏡-光束變換器-慢軸準(zhǔn)直鏡-反射式體布拉格光柵(FAC+BTS+SAC+RVBG)的結(jié)構(gòu),通過壓縮入射到RVBG的激光發(fā)散角,提高RVBG有效反饋率的方式,研制出780nm窄線寬半導(dǎo)體激光器,光譜寬度為0.064nm(FWHM),進一步精確溫控RVBG,可將中心波長穩(wěn)定在780.00nm,溫漂系數(shù)為0.0012nm/℃,電流漂移系數(shù)為0.0013nm/A,連續(xù)功率達到47.2W。基于該結(jié)構(gòu),合束四個波長可控的激光線陣,輸出功率達到173.8W,電光轉(zhuǎn)換效率為46.6%。(3)基于單線陣800nm半導(dǎo)體激光器,實現(xiàn)了19個激光單元的光譜合束輸出,合束后的光譜寬度為3.94nm,相鄰峰之間的間隔約為0.22nm,輸出功率為31W,電光轉(zhuǎn)換效率達到51.5%。在此基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了四個800nm半導(dǎo)體激光線陣的光譜合束。(4)提出了一種雙諧振腔共用單光柵實現(xiàn)多激光單元光譜合束的結(jié)構(gòu),基于透射式衍射光柵,搭建了外腔反饋光譜合束雙諧振腔原理樣機,并結(jié)合偏振合束,實現(xiàn)8個800nm半導(dǎo)體激光線陣的激光合束,連續(xù)輸出功率超過200W,光束質(zhì)量M~2為2.2×16.7,可以被耦合到50μm/0.22NA光纖中,其亮度高于商用的的光纖(100μm/0.22NA,800nm,100W)亮度數(shù)十倍。
【圖文】：

高功率半導(dǎo)體激光器外腔合束技術(shù)及白激光研究管激光的輸出功率。為獲得高功率，除以上方法外，還可以采用激陣的方式，如圖 1.2 所示。目前，美國 QPC，JDS，Alfalight，AxcelPh，德國 DILAS，F(xiàn)BI 等機構(gòu)在已報道的高功率半導(dǎo)體激光器單管上據(jù)波長和輸入條件的不同，單管功率約為 10~30W[24-31]，仍需要進以獲得更高功率的直接輸出。隨著單管激光器功率效率的提升，激的輸出功率也隨之增長，激光線陣目前報道的功率范圍在百瓦級，道極少[32-41]，伴隨著光束質(zhì)量和功率密度的降低，疊陣輸出功率則德國Laserline 公司的典型疊陣產(chǎn)品，在2000W時光束質(zhì)量為20m度為 6.37 106W·cm-2，15000W 時光束質(zhì)量為 100mm·mrad，，功率06 W·cm-2。

第 1 章 緒論制備了具有優(yōu)化外延結(jié)構(gòu)的縱向光子晶體（PBC）900nm明，引入 5.5mm 以上的 PBC 波導(dǎo)，只增加了激光半導(dǎo)體大面積 PBC 激光器，連續(xù)輸出功率為 5.75W，準(zhǔn)連續(xù)輸%負(fù)載下，垂直發(fā)散角為10.5°，在95%負(fù)載下，垂直發(fā)散角春光機所的 Wang L J 提出不使用傳統(tǒng)的全反射波導(dǎo)結(jié)布拉格反射波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計處超大光腔，其外延層厚度為峰值功率 4.2W 時，快軸發(fā)散角約為 4.91°，接近基膜輸出
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248.4

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