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在激光加工应用中,激光器的电光转换效率高、单位能耗低,可降低加工成本,半导体激光器可以满足这方面的要求,被越来越多地应用于工业加工,如激光熔覆、热处理、表面硬化等。光纤耦合半导体激光器具有很多优点,光纤耦合可以实现激光的柔性传输,利用光纤的均化作用可以将半导体激光转化为圆形均匀分布的光场。由于半导体激光器自身结构原因导致光场分布不均匀、光束质量差、功率密度低等缺点,限制了半导体激光器的应用。为解决这个问题,本论文通过光束整形技术提高半导体激光的光束质量;通过空间合束、偏振合束、波长合束等技术提高功率以及功率密度;利用光纤耦合技术均化光场并实现激光的柔性输出。本论文的研究目标是得到高功率、高光束质量和高光纤耦合效率的光纤耦合半导体激光器。通过对国内外光纤耦合半导体激光模块的调研和总结,在充分理解半导体激光器的光束整形技术和合束相关技术的基础上,针对半导体标准阵列,本论文主要研究内容和成果如下:(1)分析半导体激光器光纤耦合的国内外现状和应用背景;对半导体激光器的电学特性和光学特性进行了研究。(2)将波长为976 nm连续工作的5个半导体标准阵列,通过对快轴进行准直和快慢轴光束旋转的方式进行光束整形,准直后进行空间合束,经耦合透镜聚焦,耦合入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤。测量结果显示:光纤的出光功率最大可达到244.6 W,光纤耦合效率大于93.6%。(3)针对波长为938nm的10个半导体标准阵列,采用光束整形技术、空间合束、偏振合束和光纤耦合等技术,最终耦合入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤,研制出一种光纤输出功率518 W,光纤耦合效率为95%的半导体激光模块。(4)设计了紧凑型空间合束模块结构,实现了两个方向光束质量均衡的空间合束,利用4个模块经过偏振合束、波长合束后,得到高功率、高效率的半导体激光器,并研发出样机。输出光耦合入芯径为400μm,数值孔径0.22的光纤,光纤耦合输出最高功率1070 W,耦合效率96.3%,电光转换效率43%。