二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度α的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装,明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。

基于Talbot效应的激光二极管阵列外腔锁相

对基于Talbot效应的激光二极管(LD)阵列外腔锁相进行了理论和实验研究。在腔内各阶超模近场分布的基础上,在腔外加会聚透镜,在其焦平面上得到了同相模和异相模的远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,提出ZT/2腔(指腔长的往返长度)进行外腔锁相时的理想腔长。由于ZT/2腔内是异相模振荡,远场图像为双瓣模,这时如果让外腔镜在慢轴方向倾斜角度α,让反馈回阵列的同相模和异相模成像位置各发生d/2的偏移,恰好可以选择同相模而抑制异相模。最后采用ZT/2腔对LD阵列的外腔锁相进行了实验研究,并在外腔镜不偏转和偏转角度α时分别观察到同相模和异相模的锁相现象。经过分析计算,同相模锁相时,其远场单瓣模的发散角约为1.96 mrad。

超大功率二维半导体激光列阵并路自适应稳模技术

半导体列阵量子效率高,输出波长范围涵盖570～1600nm,工作寿命可达数百万小时,叠层列阵可提供超高功率激光输出,在工业、医学等很多领域具有非常广阔的应用前景。但列阵在自由运行时,各发光单元发出的光是不相干的,输出质量差,采用1/4Talbot外腔镜耦合技术,列阵实现了空间锁相最高阶超模,然而唯有基超模远场分布是中心单瓣结构,输出接近衍射极限。为得到最小谱宽、最小发散角、最大功率密度输出,必须将外腔镜倾斜β=λ/2d(λ为工作波长,d为列阵周期),这使得仅有基超模光能成像于发光单元内而被允许振荡。应用此技术于超大功率二维半导体列阵相干锁相时,尽管冷却子系统保障了持续出光,但一段时间后,残余热效应等将导致外腔镜发生随机形变,使β漂移超过阈值使基超模失配,非基超模振荡使远场为非中心单瓣结构,极大地恶化了输出质量。可见,必须适时补偿β漂移,为此,在列阵超模选择稳定性分析基础上,研发了并路自适应稳模技术,并由置于特定结构中的传感探测光源、微透镜等构成的传感探测子系统、补偿子系统实现。试验结果显示,β漂移被及时感知补偿,基超模光稳定占优地成像于发光单元内,使输出光质量高,列阵性能被有效增进,在满足有高品质需求的应用上意义重大。