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大功率半导体激光光纤耦合输出技术的研究

作　者: 陈曲
导　师: 丁迎春
学　校: 北京化工大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 大功率半导体激光光纤耦合光束质量锥形光纤弯曲光纤
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 3次
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内容摘要

光纤耦合大功率半导体激光器以其其体积小、光束质量好、寿命长及性能稳定等优势,可作为泵浦源应用于高功率光纤激光器,也可直接应用于激光医疗和材料加工等领域。本文以促进光纤耦合大功率半导体激光器实际应用为背景,以提高大功率半导体激光光纤耦合输出的性能为研究对象,分别从理论和实验进行了分析研究,主要内容包括：1、分析了光纤传输光的基本理论,对耦合理论和耦合模型进行了详细的阐述。对光纤耦合激光的常用方法进行了分类和比较,指出了这些方法的优缺点。2、本文引入光纤整形器实现半导体激光阵列外腔锁相,即光纤耦合半导体激光外腔锁相。实验中压缩了半导体激光列阵输出谱宽,改善了列阵输出的光束质量。3、对大功率半导体激光在锥形光纤中传输特性进行多方面研究,包括：以光线理论为指导,分析锥区最小直径与功率传输效率的关系。提出有效数值孔径法计算光波能量传输效率。用光线理论计算了以双包层光纤为接收端,锥形光纤对高功率半导体激光的有效传输比。设计熔融拉锥平台,实验上采用熔融拉锥法得到双锥区,测量不同锥形光纤锥区最小直径和锥区长度对高功率半导体激光传输效率的影响。结合锥形光纤本身特点对包层传能进行实验研究。实验中利用高折射率匹配液浸泡锥区的方法,测量大功率半导体激光在锥形光纤传输过程中光纤包层对传输的影响。这些结果对实际工作中高功率合束器的设计和实际应用提供了理论和实验指导。4、利用弯曲光纤中的光线理论,提出一种较为简便的无损甄别方法,用于判断光纤耦合半导体激光器输出光束质量。同时,实验中测得相同出纤功率的光纤耦合输出半导体激光器输出功率差异,检测半导体激光器光纤耦合效率。此研究对于用于提高光纤激光器泵浦效率及工作稳定性,以及光纤耦合半导体激光器耦合效果的测量提供了新的思路和理论及实验基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-26
  1.1 论文背景  16
  1.2 大功率半导体激光器的发展概况  16-19
    1.2.1 大功率半导体激光器的发展现状及应用  16-18
    1.2.2 大功率半导体激光器的研究进展  18-19
  1.3 光纤耦合输出技术概述  19-24
    1.3.1 光纤耦合输出技术的发展  19-21
    1.3.2 光纤耦合输出技术的应用  21-23
    1.3.3 光纤耦合输出技术的优点  23-24
  1.4 本论文的主要工作  24-26
第二章半导体激光光纤耦合理论  26-38
  2.1 引言  26
  2.2 光纤的物理性质  26-29
    2.2.1 光纤的结构  26-27
    2.2.2 光纤的数值孔径  27-28
    2.2.3 光纤的模式  28-29
  2.3 光纤耦合公式  29-30
  2.4 半导体激光器与光纤耦合方法  30-37
    2.4.1 直接耦合  31
    2.4.2 铲形光纤耦合  31-32
    2.4.3 球端光纤耦合  32-33
    2.4.4 锥形光纤耦合  33
    2.4.5 球端锥形光纤耦合  33-34
    2.4.6 光纤柱透镜耦合  34-35
    2.4.7 自聚焦透镜耦合  35
    2.4.8 微透镜耦合  35-36
    2.4.9 各种耦合方法比较  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章光纤耦合技术改善半导体激光光束质量的实验研究  38-55
  3.1 引言  38
  3.2 半导体激光器光束特性  38-40
  3.3 相干耦合的物理意义  40-41
  3.4 实验装置  41-46
    3.4.1 半导体激光器列阵  42-43
    3.4.2 光纤整形器  43-46
    3.4.3 外腔结构  46
  3.5 双向耦合方式选择  46-48
  3.6 偏振性  48-49
  3.7 实验的调节  49-51
  3.8 实验结果分析  51-54
  3.9 本章小结  54-55
第四章大功率半导体激光在锥形光纤中传输特性的研究  55-73
  4.1 引言  55
  4.2 锥形光纤器件概述  55-59
    4.2.1 锥形光纤的制作和结构  55-57
    4.2.2 锥形光纤的应用  57-59
  4.3 光束在锥形光纤中传输效率的研究方法  59-63
    4.3.1 光束在锥形光纤中传输时的模式  60-61
    4.3.2 有效传输效率的研究  61-63
  4.4 大功率半导体激光在锥形光纤中传输的实验研究  63-72
    4.4.1 实验装置  63-65
    4.4.2 实验步骤  65-66
    4.4.3 实验结果分析  66-72
  4.5 本章小结  72-73
第五章大功率半导体激光在弯曲光纤中传输特性的研究  73-80
  5.1 引言  73
  5.2 光束在弯曲光纤中传输的研究方法  73-76
    5.2.1 弯曲损耗理论  73-74
    5.2.2 弯曲光纤中光线理论分析  74-76
  5.3 大功率半导体激光在弯曲光纤中传输的实验研究  76-79
    5.3.1 实验装置  76
    5.3.2 实验结果分析  76-79
  5.4 本章小结  79-80
第六章结论  80-83
参考文献  83-89
致谢  89-90
研究成果及发表的学术论文  90-91
作者简介  91
导师简介  91

大功率半导体激光光纤耦合输出技术的研究

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