新型激光器即将取代传统半导体激光器？

2013-05-21 09:44

　　最常用的光束整形技术就是光纤捆绑耦合技术，此外还有棱镜堆重组技术、空间复合技术、波长复合技术、偏振复合技术和微光学元件压缩技术等。各种半导体激光器光束整形方法，除光纤捆绑耦合技术外，整形思路都是一样的，先对快轴方向进行准直，再把LD线阵在慢轴方向分割成若干个子单元，并使得这些子单元的出射光束在快轴方向层叠排列，从而得到对称性较好的二维光场分布，最后再对慢轴方向进行准直。这样得到的输出光场具有低发散、高对称性、高填充比(相应地光强均匀性也较高)的特点，可以被聚焦成极小的圆光斑，耦合到固体激光棒或光纤中去。

　　国外早在20世纪90年代初就开始此项研究，已经取得很大进展。国内起步相对较晚，但是发展很快，主要研究单位包括中科院半导体所、上海光机所、长春光机所、清华大学、中电集团十三所、中科院光电技术研究所和西安电子科技大学等。

　　中科院半导体所等单位采用的是光纤捆绑耦合技术进行光束整形。先用一根光纤柱透镜进行快轴压缩，然后进入与发光区相对应的严格周期分布的光纤排，最后把输出的多根光纤捆成一束。这种方法可以简便地实现LD线阵输出光场的对称化，且光束经过一段距离的光纤传输后在输出截面上的强度得到均匀化，传输过程中的光能损失也很小，缺点是输出光纤芯径粗，亮度不高。

　　2001年，吉林大学和长春光学精密机械学院用这种方法对10单元线阵半导体激光器条进行了光纤耦合实验，耦合效率为75％。2003年，中科院半导体所利用这种技术实现了60 W 的大功率输出，耦合效率为82％，输出光纤为1．5 mm，数值孔径为0．11，现已实现小批量生产。

　　中科院光电技术研究所采用微柱透镜快轴准直并引起光束微偏转、消色差的双胶合透镜偏转光束、闪耀光栅阵列反偏并校正光束的方法进行光束整形，整形效果较好，得到了快慢轴方向比较均衡的光束质量，并能耦合进芯径200 mm、数值孔径0．22的光纤，但是整个系统由折射和衍射器件共同构成，结构复杂，耦合效率不高。

　　清华大学采用等腰直角棱镜组方法，整形系统由两套错位紧密排列的等腰直角棱镜组组合而成。对808 nm输出功率40 w 的半导体激光器列阵进行了光束整形，整形系统的功率效率为90％。整形前的慢轴、快轴光束质量参数比值为2 499，整形后为0．77。

　　武汉凌云科技光电有限责任公司采用折射整形法，在被整形线阵半导体激光器传播方向上依次放置两组互相垂直的、分别由M 片光学玻璃板片紧密排列构成的折射棱镜堆，进行光束的重排，实现快慢轴方向光束质量均匀化。目前该公司可以提供30 W、400 m的耦合输出系统。