检索结果-南通市图书馆

作者：蔡伟西华大学

学位级别：硕士

自1960年第一台激光器诞生以来,激励了许多科研人员进行高性能激光器的研发工作。半导体激光器鉴于其体积占比小、工作效率高、质量轻、稳定性好、使用周期长、功耗低等优点被广泛应用到包括物理学、化学、生命科学、医学以及工业生产... 详细信息

自1960年第一台激光器诞生以来,激励了许多科研人员进行高性能激光器的研发工作。半导体激光器鉴于其体积占比小、工作效率高、质量轻、稳定性好、使用周期长、功耗低等优点被广泛应用到包括物理学、化学、生命科学、医学以及工业生产、国防技术等应用领域。此外,其采用低电压恒流供电方式,故障事故发生率较低,维护成本低廉,同样为其提供了重要的商业价值。近年来,为实现高功率和高光束质量的激光光源而研究出一种外腔光谱合束技术,引起了科研学者们的广泛关注。合束系统主要是利用色散元件使多束不同波长的半导体激光光束实现共孔径合束,通过光栅外腔反馈效应锁定子单元输出波长。然而,谱合束系统由于激光阵列的“smile”效应、元件制作和装配误差以及子单元经过快慢轴准直镜后依旧存在一定的线宽和发散角等问题易产生光束串扰,对系统鲁棒性及合束效率产生影响。现阶段研究学者主要围绕谱合束外部结构问题进行了大量研究,对于半导体激光器谱合束系统内部模式竞争以及串扰理论研究尚且缺乏。本论文以半导体激光阵列为光源,针对外腔半导体激光谱合束系统的输出模式特性以及串扰现象对合束效率的影响展开系统而深入的研究。主要研究内容包括:1.为研究外腔半导体激光谱合束系统的模式特性,基于光反馈半导体激光速率方程,建立了半导体激光器发光子单元的耦合腔谐振模型,给出了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。2.外腔半导体激光谱合束系统的合束效率、光谱和光束质量都受到串扰效应的显著影响。深入了解外腔半导体激光谱合束系统的振荡模式和串扰效应可以较好地优化外腔半导体激光谱合束系统。根据半导体激光器输出光束的模态影响,将串扰分为自串扰和互串扰,利用Lang-Kobayashi速率方程分析了它们对外腔半导体激光谱合束系统合束效率的影响。结果表明,使用的转换透镜透射率越大谱合束系统的合束效率将增大,可通过镀膜的方式增加转换透镜的透射率,提高合束效率。增大输出耦合镜反射率和半导体激光器前端面反射率时,都将导致谱合束系统合束效率逐渐降低,但其有助于提升谱合束系统稳定性,由此在设定输出耦合镜反射率和半导体激光器前端面反射率时需综合考虑谱合束系统稳定性和合束效率。在比较不同类型串扰对合束效率的影响时发现自串扰对合束效率的影响并不大,可通过抑制侧模来有效地控制自串扰,提高合束效率。而互串扰对光束合束效率的影响远高于自串扰,尤其是一阶串扰,对合束效率的影响最大。本文的研究工作对高功率光束谱合成技术的发展及其应用具有一定的参考意义。

关键词：半导体激光器谱合束速率方程合束效率光束串扰振荡模式

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外腔二极管激光谱合束光源模式稳定性

引用

应用激光 2024年第4期44卷 205-211页

作者：蔡伟杨承爽庄英豪张青松吴真晏青青张彬西华大学理学院四川成都610039 四川大学电子信息学院四川成都610064

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... 详细信息

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。

关键词：模式稳定性二极管激光器阵列谱合束速率方程

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