半导体激光器叠加阵微透镜及光纤耦合技术研究

为了提高高功率固体激光器的能量转换效率、重复频率和激光系统的寿命,高功率固体激光器通常采用半导体激光器作为泵浦源。高功率固体激光器对半导体激光器的要求主要包括高功率密度、高亮度,对于块状介质固体激光器而言,还需要泵浦源具有较高的均匀性。此外,为了提高激光系统的输出功率,增加热管理能力,部分高功率固体激光器还设计了特殊的放大器构型,如分割增益介质阵列放大器、薄管增益介质放大器、波导增益介质放大器等等。这些为改善热管理、放大器储能等而提出的特殊构型,对作为泵浦源的半导体激光器输出光场提出了特殊的要求。本文主要针对激光放大器对泵浦半导体激光器输出光场的高亮度、可根据需要特殊整形和高输出功率密度的要求,提出了基于微透镜阵列分割和光纤柔性传输整型的技术方案。论文主要内容如下:第一章绪论,介绍了半导体激光器的发展历程、半导体激光器耦合到光纤的研究现状及微透镜阵列匀化半导体激光器的光束情况。在这些基础上引出了本文的研究工作。第二章基于微透镜阵列的半导体激光器的匀化系统。详细介绍了半导体光束的特性,并据此提出了使用微透镜阵列分割半导体光束耦合到光纤束的原理:分析了成像型微透镜阵列匀化系统的原理,并从数理统计方面确定了微透镜参数的设计原则。第三章基于微透镜阵列分割半导体光束耦合到光纤束。使用tracepro对微透镜阵列分割二维面阵进行了仿真,对耦合到500um的光纤中,设计了具体的微透镜阵列的参数,得到了最优化的光斑。同时利用现有的条件设计实验,验证了该方案。第四章基于微透镜阵列匀化半导体面阵泵浦耦合系统。从数理统计的角度设计成像型微透镜阵列的参数,并使用tracepro进行仿真;设计多组具体的成像型微透镜阵列匀化光束的实验,验证了该数理统计模型理论的正确性。第五章总结与展望。对全文进行总结并对接下来的研究提出建议进行总结并对接下来的研究提出建议。