绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术研究

论文摘要

近年来,光电器件与材料相关领域的蓬勃发展,使半导体激光器的性能提升显著,半导体激光器也得到了越来越广泛地应用。相比于近红外波段范围的半导体激光器,可见光波段半导体激光器输出功率仍处于较低水平,尤其是绿光波段半导体激光器实现高功率输出仍是当前面临的一个挑战。为了获得高功率输出,目前最有效的方法是利用合束技术并实现光纤耦合输出。因此,研究高功率半导体激光器光纤耦合模块对于提高绿光半导体激光器的总功率,促进半导体激光在更多领域的应用意义重大。针对上述问题,本论文从方案设计、理论模拟以及实验验证等方面对绿光半导体激光器光纤耦合模块的光束准直、合束和光纤耦合技术进行了深入研究,对提高其应用价值以及扩展其应用范围具有重要的意义。本论文结合国内外单管半导体激光器研究成果以及光纤耦合技术发展现状,设计并研制出一种高功率绿光单管半导体激光器光纤耦合模块。该光纤耦合模块利用绿光TO单管作为光源,通过快慢轴准直、光束分割重排、偏振合束、空间合束和光纤耦合技术,最终实现光纤耦合输出。首先,本论文详细介绍了绿光单管半导体激光器光纤耦合模块的光学设计方案,通过Zemax光学设计软件依次完成了TO单管光源、准直、合束以及耦合光学系统的设计仿真,并实现了绿光半导体激光器光纤耦合输出的理论模拟,从而证实了实验的可行性。基于前期实验设计方案,完成了光纤耦合模块的机械结构设计。通过器件选型、装调、测试等流程,将40个输出功率1 W、中心波长520 nm的绿光TO单管耦合到光纤直径200μm且数值孔径为0.22的光纤中。在1.5 A的电流激励下获得了连续输出功率27.58 W,对应的光纤耦合效率为94%,整体耦合效率为69%。最后,本论文对实验结果以及实验误差进行了分析,该分析结果对于后续光纤耦合实验具有一定的指导作用。

论文目录

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章绪论

1.1 引言

1.2 半导体激光器概述

1.2.1 半导体激光器的发展及研究现状

1.2.2 绿光半导体激光器的发展及研究现状

1.3 半导体激光器光纤耦合模块的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章半导体激光器及光纤耦合技术理论基础

2.1 半导体激光器的工作原理及结构参数

2.1.1 半导体激光器工作原理及基本结构

2.1.2 半导体激光器的光束特性

2.2 半导体激光器光束准直系统原理及方法

2.2.1 半导体激光器光束准直的基本原理

2.2.2 半导体激光器光束准直的常见方法

2.3 半导体激光器非相干合束技术

2.3.1 空间合束

2.3.2 波长合束

2.3.3 偏振合束

2.4 光纤耦合理论及损耗分析

2.4.1 光纤介绍

2.4.2 光纤耦合基本理论

2.4.3 光纤耦合损耗分析

2.5 本章小结

第三章绿光单管半导体激光器光纤耦合模块光机设计

3.1 绿光单管半导体激光器光纤耦合模块光学设计

3.1.1 绿光TO单管光源设计仿真

3.1.2 准直光学系统设计仿真

3.1.3 合束光学系统设计仿真

3.1.4 耦合光学系统设计仿真

3.1.5 绿光单管半导体激光器光纤耦合模块仿真及结果分析

3.2 绿光单管半导体激光器光纤耦合模块结构设计

3.3 本章小结

第四章绿光单管半导体激光器光纤耦合模块实验研究

4.1 半导体激光器光纤耦合模块实验误差分析

4.1.1 快慢轴准直误差分析

4.1.2 光纤耦合误差分析

4.2 绿光单管半导体激器光纤耦合模块实验

4.2.1 实验过程介绍及注意事项

4.2.2 实验结果分析

4.3 本章小结

第五章结论与展望

5.1 全文总结

5.2 后期展望

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周闯

导师: 朱江峰,于海娟

关键词: 绿光单管,半导体激光器,准直,合束,光纤耦合

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN248.4;TN253

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001070

总页数: 80

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