半导体激光外腔反馈光谱合束技术研究

作     者：吴肖杰 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马晓辉

授予年度：2018年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：外腔反馈光谱合束技术 透射光栅 合束效率 光束整形系统 窄光谱线宽 

摘      要：外腔反馈光谱合束技术是一种基于色散元件的分光作用使得各个入射光束在空间上叠加,实现近场和远场光斑重合输出的合束方式。此技术的优点是提高光束质量和输出功率,但合束后光束质量不能完全等同于单个激光单元的光束质量,光谱合束效率不高,光谱展宽为所有发光单元的光谱之和,拓宽了输出光谱展宽。本论文针对外腔反馈光谱合束技术中合束效率不高和输出光谱展宽两个问题开展研究。为提高合束输出功率,建立了基于光栅外腔光谱合束系统合束效率理论模型,分析了透镜的焦距、光栅的衍射效率和输出耦合镜的反射率三个外腔参数对合束效率的影响,设计了一种高合束效率的外腔反馈光谱合束结构。针对输出光谱宽的缺点,设计了两种压窄光束的透镜组,一组是由两个直角棱镜组成的5倍压束棱镜,另一组是5倍反向伽利略透镜,理论上得到了2.54nm和2.88nm的光谱展宽,达到压窄光谱展宽的目的。并对传统光谱合束结构和引入光束整形镜光谱合束系统的合束效果进行两种方式模拟。一是建立光传输模型对合束后光场分布进行了编程模拟,得到了M=3.2的合束光束,模拟了光栅脊高和占空比两个参数对合束光束特性的影响。二是利用ZEMAX非序列模式进行光谱合束系统整体建模和仿真,得到了光谱合束效率为90.8%,M=1.27的合束输出。两种方式都证实了引入BTS和光束整形镜的光谱合束系统不仅得到窄线宽输出,合束后光束质量有所提升。