摘要：提出了一种大功率半导体激光器光谱合束光栅仿真模型。该模型针对光谱合束中的核心器件光栅的光-热-应力变化特性进行了分析。数值分析结果表明,当激光巴条功率为200 W,自然对流系数为10 W·(m^(2)·K)^(−1)时,衍射光栅上温度最高点可升高至346.52 K,应力最高点可升高至0.4825 Pa,光栅表面变量最高为52.28 nm/mm,这将会使得反馈光束中心位置发生0.25~0.3 mm的偏移,从而影响激光功率以及合束效率。减少衍射光栅基底厚度,在相同激光光源条件下工作,温度、应力、面形以及应变的变化均能有效抑制,这与实验结果具有较高的一致性。该方法为大功率半导体激光器的结构设计和光学器件的测试分析提供了有效的多物理场分析,为激光器设计和测试提供了综合分析数值模型。

摘要：设计并制作了一种亚波长透射光栅,利用该光栅实现了半导体激光阵列光谱合束。基于严格耦合波理论,对光栅占空比、脊高和周期等进行了设计,模拟了不同结构参数对光栅衍射效率的影响,从而实现了光栅衍射效率的优化。理论计算表明,优化后的光栅对940nm激光的-1级衍射效率可达92%。实验结果表明,激光阵列光谱合束后,输出功率为46.2 W,光束质量为3.9mm·mrad。

摘要：由于高功率半导体激光器具有能量转换效率高、稳定性好、工作寿命长、体积小等优异的特性,已经被广泛地用于固态激光器泵浦源、金属表面改性、焊接加工等领域。本文针对传统慢轴准直镜对于高填充因子的半导体激光阵列准直效果不好的问题,提出了基于双焦距透镜的准直器件,通过在一个面的相互正交的两个方向上分别设计不同的面型参数实现用一个器件同时对半导体激光器快慢轴两个方向同时准直的效果。应用费马原理推导了该透镜的面型参数,得到两个面均为双曲面,快轴方向的顶点曲率半径为0.07495,圆锥系数为-3.061,慢轴方向的顶点曲率半径0.843,圆锥系数为-3.061。最终得到的经过双焦距准直透镜准直之后的残余发散角分别为34.4 mrad(FWHM)和19 mrad(FWHM)。仿真结果表明这种设计可以实现与之前分离式两轴准直镜几乎相同的准直效果,解决了传统FAC与SAC结构对高填充因子激光阵列参数受空间限制的问题,同时减小了装调误差。

摘要：由于高功率半导体激光器具有能量转换效率高、稳定性好、工作寿命长、体积小等优异的特性,已经被广泛地用于固态激光器泵浦源、金属表面改性、焊接加工等领域。本文对传统的单光栅光谱合束结构进行改进,提出并设计了一种基于平行光栅-反射镜对结构的光谱合束系统。通过后置一个与透射光栅平行的全反镜让合束光束两次透过光栅进行衍射,实现了合束单元间光谱间隔的压缩。搭建了半导体激光器外腔光谱合束实验平台,将单光栅合束结构与平行光栅-反射镜对合束结构二者的输出光谱进行对比。在相同系统参数的情况下,一个3管阵列与一个5管阵列在单光栅光谱合束结构下的光谱间隔分别为4.36 nm与4.69 nm,而同样的阵列在平行光栅反射镜对的结构下测量的光谱间隔分别为2.15 nm与2.35 nm,验证了平行光栅与反射镜对的结构相较于传统结构能够实现光谱间隔压缩一半,可以在相同输出谱线宽度的范围内成倍增加发射单元的数量,大大提高输出功率密度。