高光束质量激光外腔合束技术研究

CIOMP OpenIR

	高光束质量激光外腔合束技术研究
	孙方圆
学位类型	博士
导师	佟存柱
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	外腔光谱合束相干合束选择性离轴外腔反馈光子带隙半导体激光器相干光栅光束质量
摘要	半导体激光器在效率、体积、重量、寿命以及集成化等方面具有显著的优点,在工业以及军事等领域有着很大的应用前景。但是半导体激光器单元器件功率低、发散角大以及光束质量差等问题不能满足各个领域的需求。因此,需要采用合束来解决单元器件本身的缺陷。现有的半导体激光器合束方法主要包括两大类:非相干合束和相干合束。在非相干合束中,光谱合束证明了目前最好的光束质量,但是也未能超越激光单元器件的光束质量;相干合束可以实现高光束质量激光输出,但相位控制精度苛刻。本论文主要针对光谱合束和相干合束中的关键问题进行研究,研究内容和取得的创新成果如下:(1)提出外腔光谱合束理论模型,研究了光谱合束系统中输出耦合镜反射率对效率及系统稳定性的影响。证明低的输出耦合镜反射率、低的内部损耗、短的腔长有助于提高外腔光谱合束效率和改善光束质量,但当输出耦合镜反射率接近或低于某一值时,外腔光谱合束处于非稳定态;(2)针对于宽区半导体激光器慢轴方向光束质量差的问题,提出选择性反馈离轴合束概念,采用条形镜对侧向模式进行选择性反馈,获得输出功率20.7W,慢轴光束质量4.44,亮度190MW cm~(-2) sr~(-1),慢轴光束质量超越单元器件3.6倍,同非选择性反馈离轴光谱合束相比,斜率效率提高了21%,亮度提高到2.4倍;(3)首次实现基于光子晶体原理的低发散角圆形光束半导体激光的光谱合束,输出功率8.8W,准直大为简化,采用缩束系统降低体积,光谱窄化10倍。采用条形镜和空间滤波器合束方法,光束质量M~2因子达到6.67,相对于单元器件提高了3.8倍,实现了超越单元器件光束质量的光谱合束;(4)提出基于双光阑的外腔光谱合束结构,实现高阶模式抑制,获得34.1W的输出功率,慢轴M~2因子13.5,同比传统光谱合束方法光束质量提高16%;(5)采用三bar条的选择性离轴反馈系统,实现34.7W功率输出,慢轴光束质量为5.1,亮度290MW cm~(-2) sr~(-1),实现了超越单元器3.2倍的慢轴光束质量和超高亮度输出;(6)基于标量衍射理论和严格耦合波理论,设计并制备了相干合束所需要的二元衍射光栅。成功制备了大衍射角(?11.25~o)、小周期(?10?m)、分束比1:5的二元达曼光栅,分束比均匀性达到10%。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61585
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	孙方圆. 高光束质量激光外腔合束技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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高光束质量激光外腔合束技术研究.caj（7318KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文