二極管激光光譜合束技術(shù)研究.pdf

1、固體激光器熱效應(yīng)限制了輸出功率的繼續(xù)提高，為獲得更大功率的激光輸出，人們提出了多束光疊加辦法。從原理上講光束疊加分為相干合束和非相干合束兩大類，非相干合束又可分為光譜合束和偏振合束。偏振合束僅限于兩路激光的合束。光譜合束利用色散元件使得各單元光束在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)重疊，該方法由于不需要精確控制相位而倍受關(guān)注。
　　本文重點(diǎn)研究了基于PTR光柵光譜合束技術(shù)和基于光柵—外腔光譜合束技術(shù)，主要研究成果包括如下幾個(gè)方面:
　　1、分析了影

2、響透射PTR光柵衍射角度選擇寬度和波長(zhǎng)選擇寬度的因素:透射光柵的厚度或空間頻率增大時(shí)，光柵的角度選擇寬度δθmHWFZ和波長(zhǎng)選擇寬度δλHWFZ隨之減小，為保證峰值衍射效率不變，折射率調(diào)制度也必須隨之改變。從反射光柵出現(xiàn)正負(fù)Bragg衍射級(jí)次重疊的臨界條件入手，得到正負(fù)Bragg衍射級(jí)次重疊的臨界入射角。利用傅立葉變換，建立了非平面光束通過PTR光柵衍射效率模型，對(duì)高斯光束和超高斯光束進(jìn)行了模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明:高斯光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角越大

3、，橫模階次越高，衍射效率越低，而光束的傳播距離對(duì)衍射效率沒有影響;超高斯光束束腰寬度越大，階數(shù)越低，衍射效率越高。建立了多路光譜合束合束效率計(jì)算模型，得到了有無串?dāng)_兩種情況下合束功率和合束效率的表達(dá)式。
　　2、闡述了光柵—外腔光譜合束技術(shù)的原理，介紹了目前研究的方向和熱點(diǎn)。從平面光柵的特性入手，分析了光柵周期、透鏡焦距和激光器陣列位置之間的關(guān)系。從衍射積分方程出發(fā)，通過光線變換矩陣得到光程函數(shù)的各項(xiàng)系數(shù)，從而得到耦合效率表達(dá)式。

4、利用數(shù)值模擬方法得到影響耦合效率的規(guī)律:當(dāng)離軸距離增加、橫模階次增大、模場(chǎng)半徑減小、陣列平面或光柵平面偏離焦平面時(shí)，耦合效率隨之下降;光柵傾角和光柵平面-耦合輸出鏡距離對(duì)耦合效率的影響甚微。對(duì)焦距為500 mm的對(duì)稱雙球面透鏡，長(zhǎng)度為10 mm二極管激光陣列的系統(tǒng)，快軸方向模場(chǎng)半徑應(yīng)大于0.15 mm，慢軸方向模場(chǎng)半徑應(yīng)大于20μm，陣列平面位置應(yīng)控制在±0.5mm內(nèi)，光柵平面位置誤差應(yīng)控制在±0.2mm內(nèi)，單個(gè)單元的線寬應(yīng)在0.1nm