半導(dǎo)體激光陣列合束技術(shù)的研究

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1、《裝備制造技術(shù)))2o13年第12期半導(dǎo)體激光陣列合束技術(shù)的研究梁丹華，孫華燕，樊桂花，李迎春，周玢(裝備指揮技術(shù)學(xué)院光電裝備系，北京101416)摘要：綜述了幾種典型的半導(dǎo)體激光陣列合柬方法，介紹了近年來(lái)半導(dǎo)體激光光束合成的最新進(jìn)展，分析了各種合成方法的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)了半導(dǎo)體激光陣列合束技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)光譜舍束技術(shù)的輸出光束光強(qiáng)分布不隨陣列單元數(shù)而變化，且在遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)均能保持較好的疊加，大大提高了遠(yuǎn)場(chǎng)光束的亮度，有望成為未來(lái)半導(dǎo)體激光光束合成的重要發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：激光技術(shù)；半導(dǎo)體激光陣列；合柬技術(shù)中圖分類號(hào)：TN248．4文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672—545X(2013)12—0115—03半導(dǎo)體激光陣列具有電光轉(zhuǎn)換效率高、波長(zhǎng)覆蓋Talbot外腔耦合獲得了144路二維半導(dǎo)體激光鎖相范圍廣、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、可靠性高和功耗低等輸出，激光功率為1．4W。SDI公司的J．S．Osinski等[21優(yōu)點(diǎn)，在材料加工、生物醫(yī)療和軍事方面有著重要應(yīng)實(shí)現(xiàn)了4路半導(dǎo)體放大器相干合成，輸出平均功率用，但是，當(dāng)前半導(dǎo)體激光陣列存在的主要問(wèn)題就是光為5w。原麥道公司的K．H．NO等實(shí)現(xiàn)了100路，400束質(zhì)量差和單元出光功率低，這限制了它的應(yīng)用。有效路和900路半導(dǎo)體放

3、大器相干合成，其中900路放解決途徑就是利用激光合束技術(shù)。激光合束技術(shù)是提大器相干合成時(shí)總輸出功率為36w。值得說(shuō)明的是，高激光器輸出功率，減小激光源相干陛的主要途徑。根半導(dǎo)體放大器相干合成中控制的一般是靜態(tài)相位畸據(jù)作用機(jī)理的不同激光合束分為相干合束和非相干合變，系統(tǒng)在初始化完成后，各路放大器的相位在幾天束。近幾年，這兩種方法均取得了一定進(jìn)展。內(nèi)都不會(huì)發(fā)生變化。相比較于其它高能激光器，半導(dǎo)本文針對(duì)半導(dǎo)體激光陣列合束技術(shù)進(jìn)行研究，體激光器在輸出功率和光束質(zhì)量上均不占優(yōu)勢(shì)，但以期改善半導(dǎo)體激光陣列光束質(zhì)量差、單元出光功是其低成本、高效率、全固

4、態(tài)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在軍率低的缺點(diǎn)，使半導(dǎo)體激光陣列合束能夠有效提高事領(lǐng)域有其一席之地。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局激光器輸出功率，同時(shí)保持良好的光束質(zhì)量。(DARPA)陸續(xù)啟動(dòng)了相干合成高功率單模發(fā)射器(COCHIES)和高能半導(dǎo)體激光系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(AD—1相干合束HELS)等項(xiàng)目，希望通過(guò)相干合束的方法實(shí)現(xiàn)100kW量級(jí)的高亮度激光。相干合束是指多束相干光在近場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)的疊加。在理想情況下，合成的光束峰值功率是單個(gè)光束2非相干合束峰值功率的N倍。其基本思路是將多路激光束經(jīng)相干控制后合成一束光，從而由許多中等功率的激光非相干合束是采用一些光學(xué)

5、元件將各個(gè)參與合器獲得高功率的單束激光輸出，同時(shí)保持良好的光成的子光束在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)合成為一束，這種方法因束質(zhì)量。相干合束技術(shù)的關(guān)鍵是相位的鎖定。根據(jù)鎖不用進(jìn)行相位控制，只是能量的簡(jiǎn)單疊加，故裝置相相方式的不同，可分為被動(dòng)式鎖相、主動(dòng)式鎖相以及對(duì)簡(jiǎn)單，其主要應(yīng)用是在高能武器以及照明系統(tǒng)㈣?；旌鲜芥i相這三種相位控制技術(shù)。非相干合成主要的方法有：偏振合束，空間交叉合成在20世紀(jì)80年代，半導(dǎo)體激光陣列相干合成技術(shù)以及譜合束的方法，下面對(duì)這三種方法的工作技術(shù)進(jìn)人了研究高潮期，倏逝波耦合，Talbot外腔耦進(jìn)展做進(jìn)一步的論述。合以及二元光學(xué)等技術(shù)的

6、廣泛應(yīng)用使得半導(dǎo)體激光2．1偏振合束陣列得到了快速的發(fā)展。1994年，s．Sanders等_1_利用偏振合束是利用偏振分光鏡將兩束偏振態(tài)相互收稿日期：2013—09—04作者簡(jiǎn)介：梁丹華(1984一)，女，講師，碩士研究生，主要從事光電信息處理方面的研究。115EquipmentManufacturingTechnologyNo．12，2013垂直的光在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)重疊。由于兩光束偏振態(tài)正空問(wèn)交叉合成技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：各個(gè)子光源交，彼此并不發(fā)生干涉，因而對(duì)波長(zhǎng)、相位并沒(méi)有嚴(yán)間相互獨(dú)立，因此可以通過(guò)增加子光源數(shù)來(lái)提高輸格的要求。但是偏振合成的

7、光束數(shù)量?jī)H限于兩束。原出功率．通過(guò)壓縮子光源間的空間問(wèn)隔提高遠(yuǎn)場(chǎng)光理圖如圖1所示。激光器l和激光器2的輸出光束具束質(zhì)量。系統(tǒng)通光路徑上的光學(xué)元件少，損耗小。其有相同的波長(zhǎng)，且偏振方向相同，其中激光光束經(jīng)過(guò)主要缺點(diǎn)是：合束效率和光束質(zhì)量較低，對(duì)各個(gè)并合半波片后偏振方向與原偏振方向垂直，之后兩束偏激光器單元軸線的平行性要求高。振方向互相垂直的光經(jīng)過(guò)偏振合束器后合成在一2．3譜合束技術(shù)起。需要說(shuō)明的是，進(jìn)行偏振合束的兩束光必須具有譜合束是采用色散元件(光柵、棱鏡、波長(zhǎng)選擇器相同的波長(zhǎng)。偏振合束法可以使輸出功率／亮度提高等)將不同波長(zhǎng)的光束在空間

8、進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)多個(gè)波近一倍。從1996年開始，美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室在機(jī)載激長(zhǎng)的光束合成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)由激光器光項(xiàng)目(ABL)中分別采用多路偏振合成光和單光束作陣列單元、傳輸透鏡、光柵和輸