基于光栅外腔的高功率半导体激光阵列谱合束研究进展

半导体激光器与其他类型激光器相比具有寿命长、效率高和波长范围广等优点,使其成为现代激光领域的重要组成部分。输出功率和光束质量是判断半导体激光器优劣的两大关键指标,但半导体激光器的特殊原理和结构决定了它在追求高功率的同时光束质量会劣化,导致其应用范围受限。谱合束技术被证明是解决该问题的关键技术之一,但目前仍然存在光功率和光束质量退化等问题;因此,如何获得高亮度合成光束成为国内外研究热点。针对外腔谱合束技术,本文首先介绍了半导体激光阵列和叠阵,总结比较了应用于谱合束技术的3类光栅,阐述了光栅外腔法谱合束技术的基本原理,概括了国内外高功率半导体激光阵列谱合成技术的研究进展和现状,分析讨论了导致合成光束质量劣化和合束功率耗损的因素,展望了高亮度半导体激光器的发展前景。本研究有助于推动高亮度半导体激光器直接光源的进一步发展。

外腔二极管激光谱合束光源模式稳定性

为研究外腔二极管激光阵列谱合束系统的模式特性,基于光反馈二极管激光速率方程,建立二极管激光子单元的耦合腔谐振模型,给出能在耦合腔中稳定起振的模式条件,并将振荡模式分为单模式振荡(仅一个模式能在耦合腔中稳定起振)和多模式振荡(多个模式能在耦合腔中起振)。结合耦合腔增益曲线,给出了单模式振荡和多模式振荡时的模式结构和光束特性,分析了谱合束系统结构参数对模式稳定性的影响。结果表明,增大激光器前端面反射率、降低外腔等效反射率,可以提高谱合束光源的模式稳定性。针对子单元数越多的二极管激光阵列,从物理机制角度分析发现采用焦距越短的变换透镜可以使边缘子单元模式更加稳定。