【摘要】：近年來藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光器在大容量光學(xué)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、激光顯示、激光醫(yī)療、先進(jìn)制造等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展,尤其已成為3D打印技術(shù)中最熱門的光源之一。論文從3D打印應(yīng)用中對(duì)藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光器功率和光束質(zhì)量的需求出發(fā),展開激光器光纖耦合與光束整形相關(guān)研究。論文在綜合分析半導(dǎo)體激光器發(fā)光特性、光纖特性及光纖耦合理論的基礎(chǔ)上,提出了采用非球面透鏡光纖耦合與柱面透鏡光纖耦合兩種解決方案,利用ZEMAX軟件分別對(duì)兩種方案進(jìn)行光路設(shè)計(jì)模擬并對(duì)比,結(jié)果顯示:非球面透鏡光纖耦合模塊與柱面透鏡光纖耦合模塊都能使408nm半導(dǎo)體激光器高效耦合到多模光纖中,理論上都可獲得98%以上的耦合效率,但其中非球面透鏡耦合具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、聚焦光斑小、模塊體積小、透過能量高等諸多優(yōu)點(diǎn)而更具優(yōu)勢(shì)。采用408nm單管半導(dǎo)體激光器、透鏡、光纖及相關(guān)組件,應(yīng)用光纖捆綁合束技術(shù),完成非球面透鏡光纖耦合實(shí)驗(yàn)。獲得了中心波長(zhǎng)408nm,輸出功率為8.12W的藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊,采用風(fēng)冷散熱系統(tǒng),在工作電流1.3A時(shí),2小時(shí)內(nèi)的功率不穩(wěn)定性僅為0.3%,實(shí)測(cè)耦合效率為83%。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知,實(shí)際光纖耦合效率低于模擬結(jié)果,原因在于非球面透鏡的準(zhǔn)直聚焦中要求單管與光纖的配合精度非常高,而紫外膠連接模塊方式易形變,使透鏡的耦合位置造成偏移,降低了耦合效率。為了提高藍(lán)紫激光束整形效果,依據(jù)幾何光學(xué)的照明原理,采用非成像光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了一套由準(zhǔn)直透鏡、雙排復(fù)眼透鏡(縱橫比為16㑳9,焦距為26mm)和聚焦透鏡構(gòu)成的整形系統(tǒng),將發(fā)散角較大的圓形光場(chǎng)整形為尺寸0.67英寸的矩形光場(chǎng),光場(chǎng)均勻性達(dá)到86%,光能利用率達(dá)到98%以上。研究表明:藍(lán)紫光單管半導(dǎo)體激光器利用非球面透鏡光纖耦合技術(shù),能夠以簡(jiǎn)單緊湊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)激光能量高效穩(wěn)定的輸出;采用多光纖捆綁合束技術(shù),使輸出功率得到了較大幅度的提高;利用復(fù)眼透鏡勻光系統(tǒng)將激光光場(chǎng)整形為矩形光場(chǎng)的同時(shí)提高了光場(chǎng)的均勻性,并保證了激光能量的利用率。
【圖文】：

長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文半導(dǎo)體激光器開始被大批量制造生產(chǎn)，并且功率不上已有輸出功率為 200mW、300mW、420mW 的藍(lán)a 公司制備的輸出功率 300mW 的藍(lán)紫光單管 LD。O 封裝結(jié)構(gòu)，這種封裝模式散熱性好，使用壽命長(zhǎng)。光器的是，TO 封裝的藍(lán)紫光單管 LD 的激光出射點(diǎn)O 封裝結(jié)構(gòu)的單管進(jìn)行光束整形的難度，但也由于窗延長(zhǎng)了芯片的使用壽命。2015 年，美國 JDSU 公司制率為 350mW 的藍(lán)紫光單管 LD。同年，日本 USHIO輸出功率為 1W 的藍(lán)紫光單管 LD。

圖 1.2 藍(lán)紫激光切割 PCB 板制造3D 打印技術(shù)主要有立體光刻、數(shù)字光處理、三維噴墨打印紫光及紫外光輻照光敏樹脂固化成型的方式[18]。3D 打印吸收光波使液態(tài)材料固化，，目前，隨著 3D 打印技術(shù)的發(fā)多。不同的光敏樹脂材料吸收不同的光譜，對(duì)比紫外光，，不易被填料吸收，因此在復(fù)合光敏材料方面具有明顯優(yōu)體激光器體積小、光譜范圍寬、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)成為光重要光源，如圖 1.3 為一商業(yè) 3D 打印機(jī)。光固化成型 3D表現(xiàn)為打印的精度和速度，具體體現(xiàn)在照明光源的能量
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2680522