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半导体激光器光纤耦合模块的设计与研究

作　者: 潘圆圆
导　师: 崔瑞祯
学　校: 清华大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 半导体激光器光束质量光束准直光束整形光纤耦合
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 542次
引　用: 3次
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内容摘要

半导体激光器近年来在光纤通信、固体激光器、材料加工以及激光医疗等领域等方面有着广泛的应用。但是半导体激光器二维方向光束质量极不均衡的特性,限制了它的应用范围,通常各种大功率半导体激光器的应用都需要对光束进行准直、整形和聚焦处理。因此,大功率半导体激光器的光束变换成为了一个研究的热点,目前国内外对此都进行了很多研究,也报道了很多不同的方案。本文在总结国内外各种方案的基础上,结合国内具体的加工水平,设计出一个适合国内生产的半导体激光器光纤耦合模块,即在对半导体激光器条发射的光束进行快轴准直的基础上,采用等腰直角棱镜组对光束进行整形,并对整形后慢轴方向上的光束发散角用柱透镜进行调整,最后通过三片式球面透镜组将光束聚焦耦合到直径为400μm、数值孔径为0.22的光纤里。该模块可作为泵浦源应用于高功率光纤激光器中,也可用于激光医疗及材料加工。论文分别从光束的准直、整形模块和耦合镜系统三个方面对模块的光学系统进行设计与研究。详细分析了各部分光学结构的设计原理以及各参数变化对系统效率的影响,采用光学设计软件对理论设计结果进行计算机模拟及优化,根据最终设计结果进行加工和实验,快轴准直的效率大于92%,整形模块的效率大于95%,耦合系统的效率大于76%。最后将模拟结果与实验结果进行对比,对实验过程中可能产生的误差进行分析,并且针对实验中产生误差的原因提出了提高系统效率的改进方法。为验证耦合模块的关键器件——整形模块对环境的适应性,对整形模块进行最低工作温度试验、最高工作温度试验、振动试验、冲击试验、温度循环和高温寿命试验六项环境试验。结果表明,半导体激光器整形模块对不同的工作环境有较强的适应能力,验证了半导体激光器整形模块可以在实验室以外的环境中使用,真正实现了该模块的产品化。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章引言  8-12
  1.1 研究背景  8
  1.2 半导体激光器光纤耦合模块的发展  8-10
  1.3 研究内容  10-12
第2章耦合模块各部分的原理及结构  12-32
  2.1 耦合模块的整体设计思想  12-16
  2.2 半导体激光器的准直  16-21
  2.3 半导体激光器的整形与耦合  21-32
第3章半导体激光器的光束准直  32-62
  3.1 快轴准直光学系统的设计  32-57
  3.2 慢轴准直光学系统的设计  57-62
第4章半导体激光器的光束整形  62-89
  4.1 整形系统的理论设计  62-71
  4.2 整形系统的计算机模拟  71-75
  4.3 整形实验  75-87
  4.4 整形实验的误差分析  87-89
第5章半导体激光器的光束耦合  89-110
  5.1 耦合系统设计的基本原理  89-91
  5.2 慢轴方向的光束调整  91-93
  5.3 耦合镜系统的设计  93-104
  5.4 整体耦合模块的实验  104-108
  5.5 整体耦合实验的误差分析  108-110
第6章结论  110-112
  6.1 全文总结  110-111
  6.2 今后工作的展望  111-112
参考文献  112-116
致谢  116-117
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  117

半导体激光器光纤耦合模块的设计与研究

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