光纤相干耦合改善半导体激光阵列光束质量的研究

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半导体激光阵列(包括一维半导体激光阵列和半导体激光叠层阵列)是实现大功率输出的有效技术途径。由于大功率半导体激光阵列各发光单元是光电隔离,所以各单元输出辐射在空间上是非相干的,导致整体输出光束质量差。外腔锁相相干耦合技术是在半导体激光阵列外形成新的谐振腔来锁定每个激光单元的位相,从而获得近衍射的相干输出、提高了光束质量和亮度的方法。 目前的外腔锁相技术,通过在半导体激光器外加入具有一定反射率的外腔镜(可以使普通反射镜或是光栅、位相共轭镜等)形成外腔,利用光辐射在外腔中传播时的衍射、反射作用产生锁相的效果。光辐射从外腔镜反射回半导体激光器有源区时,由于衍射反馈到其它单元从而实现了阵列发光单元间的相互耦合。但以往的外腔锁相相干耦合技术只能保证相邻发光单元之间有很强的耦合(串联耦合),并不能形成所有发光单元耦合间相同的耦合相干(并联耦合)。 论文提出引入光纤整形器实现半导体激光阵列外腔相干耦合即光纤相干耦合改善半导体激光阵列光束质量的方法。外腔中,利用光纤束的柔韧性、低损耗的特点,半导体激光阵列发光单元辐射光一对一进入光纤中,在光纤束另一端光纤即“发光单元”呈二维排列。这样,外腔中参加锁相的相邻单元数目增多,同时因为光纤集束端面不必考虑散热问题光纤紧密排列(“发光单元”的填充因子增加),有利于形成并联耦合提高外腔锁相相干程度。 建立光纤相干耦合改善半导体激光阵列光束质量的实验系统;分析了光谱、外腔长度与相干耦合的关系;光谱FwHM压缩到0.5nm,单色性提高,光束质量得到了改善。
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