面陣LDA的耦合系統(tǒng)及激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì).pdf

1、激光器已成為光電系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)中不可替代的重要部分，尤其是激光二極管及其陣列泵浦的固體激光器(全固態(tài)激光器)更是受到眾多學(xué)者和相關(guān)工作人員的青睞。這是由于全固態(tài)激光器可以兼具半導(dǎo)體激光器和固體激光器的優(yōu)點(diǎn)，如體積小、壽命長、電光轉(zhuǎn)換效率高、輸出穩(wěn)定等。全固態(tài)激光器是固體激光領(lǐng)域中的前沿課題。然而，激光二極管本身所具有的缺陷使得出射光束在快慢軸兩個(gè)方向上的光束質(zhì)量因子相差很大，如果不對(duì)其進(jìn)行耦合整形就會(huì)大大降低輸出光束的質(zhì)量和激光器的總體

2、效率，因此激光二極管及其陣列的耦合問題是全固態(tài)激光器中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。目前，許多學(xué)者對(duì)此已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，面陣激光二極管陣列的耦合問題卻仍然是耦合技術(shù)中的難題之一。此外，許多實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中都需要對(duì)激光束進(jìn)行相關(guān)的整形，以滿足不同的使用需求，而對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束則是最為常用的光束整形技術(shù)之一。許多應(yīng)用中，如激光雷達(dá)、干涉計(jì)量、光纖光學(xué)等，都需要使用擴(kuò)束器來擴(kuò)大光束直徑以減小光束發(fā)散角。然而，目前使用的擴(kuò)束器一般存在倍率小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和價(jià)格昂貴

3、等缺點(diǎn)。針對(duì)上述問題，本論文主要完成了以下幾點(diǎn)創(chuàng)新性的工作： 1.首次提出用內(nèi)側(cè)壁鍍高反膜的空心導(dǎo)管作為面陣激光二極管陣列端泵浦固體激光器的光耦合系統(tǒng)。在光線追跡的基礎(chǔ)上研究了空心導(dǎo)管的傳輸規(guī)律和特性，給出了空心導(dǎo)管出射端面附近輸出光束的相對(duì)光強(qiáng)分布。結(jié)果表明，空心導(dǎo)管具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、使用方便和輸出為近高斯型場分布的優(yōu)點(diǎn)，是面陣激光二極管陣列端泵浦固體激光器的有效光耦合系統(tǒng)。 2.首次得到透鏡導(dǎo)管的一組最佳參數(shù)。

4、在光線追跡的基礎(chǔ)上對(duì)透鏡導(dǎo)管進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了它的傳輸規(guī)律和特性，并給出了透鏡導(dǎo)管出射端面附近輸出光束的相對(duì)光強(qiáng)分布。結(jié)果表明，透鏡導(dǎo)管的最佳參數(shù)具有普遍適用性，用具有最佳參數(shù)的透鏡導(dǎo)管耦合面陣激光二極管陣列可以得到較小的光束發(fā)散角和較高的光束質(zhì)量。 3.首次提出一種適用于面陣激光二極管陣列端泵浦固體激光器的新型耦合系統(tǒng)——圓錐形導(dǎo)管。在光線追跡的基礎(chǔ)上研究了錐形導(dǎo)管的傳輸規(guī)律和特性，給出了錐形導(dǎo)管出射端面附近輸出光束

5、的相對(duì)光強(qiáng)分布。結(jié)果表明，錐形導(dǎo)管利用全內(nèi)反射—折射原理大大壓縮了出射光束的發(fā)散角，它還具有傳輸效率高和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以作為面陣激光二極管陣列端泵浦固體激光器的有效光耦合系統(tǒng)。 4.首次提出一種新型的全內(nèi)反射—折射激光擴(kuò)束器。利用光線追跡和計(jì)算機(jī)模擬的方法研究了它的傳輸規(guī)律和特性，并且擴(kuò)展了其它各種可能的用途。結(jié)果表明，對(duì)于入射的平行激光束而言，該擴(kuò)束器可以通過改變側(cè)壁和中心軸之間的夾角來獲得平行的、匯聚的或空心的激光束，對(duì)