半导体激光合束技术及应用

半导体激光的高效率、长寿命、小体积和轻量等优点使其具有广泛的应用前景。但受光束质量的限制，半导体激光很难作为直接光源应用在对功率、光束质量和亮度均有高要求的领域。国际上半导体激光合柬技术的发展非常迅速，千瓦量级已接近并达到全固态激光器的水平。介绍和总结了该实验组近年来在大功率半导体激光合束方面的研究进展，包括采用常规激光合束技术和新型的光栅外腔光谱合柬技术，百瓦量级实现了3-5mm·mrad光束质量输出，千瓦量级实现了光纤输出和直接输出光源，光束质量的提高使得半导体激光可作为直接光源应用于工业和国防领域，并将发挥重要作用。

DLA光源质量对光栅-外腔谱合成系统光束质量的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于DLA存在子单元光束发散角、"smile"效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用,将导致合成光束的光束质量降低。综合考虑DLA子单元光束发散角、"smile"效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响,建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型,进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、"smile"效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。结果表明,DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量:DLA子单元光束发散角和"smile"效应引入的指向性偏差越大,合成光束的光束质量就越差;"smile"效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响,而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。在实际工作应用中,需要采取措施提高DLA光源质量,以减小对合成光束的光束质量影响。

二极管激光阵列光栅-外腔谱合成系统中光束串扰行为及其对合成效率的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于变换透镜像差、光栅制作误差及"smile"工艺误差等因素的综合作用,将导致DLA发光单元间出现光束串扰。通过分析光束串扰行为的产生机理,将主要的光束串扰行为分为两类,即杂散光返回至发光单元自身,以及经外腔反馈到其他单元,进而分别导致自激振荡模式和耦合振荡模式的产生。在此基础上,给出了含串扰光注入的半导体激光器速率方程,进而推导出DLA发光单元的合成效率模型,分析了自激振荡和耦合振荡对发光单元合成效率的影响。结果表明,杂散光返回至发光单元自身,以及经外腔反馈到其他单元这两种光束串扰行为会不同程度地降低合成效率,且后者影响更大。在实际工作中,需要采取措施对光束串扰行为加以抑制。