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第 27卷第 6期 强 激 光 与 粒 子 束 Vo-【27，NO。6 2015年 6月 HIGH PoW ER LASER AND PARTICLE BEAM S Jun．，2015 高功率高效率光纤耦合半导体激光模块研制 徐 丹， 黄雪松，姜梦华， 惠勇凌， 雷 訇， 李 强 (北京工业大学 激光工程研究院，北京 100124) 摘 要： 采用光束整形和空间合束的方法，研制出高功率、高效率多阵列光纤耦合半导体激光模块。将 波长为 976nm连续工作 的5个标准半导体阵列，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 400 m、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 327W，光纤耦合效率大于 93．6 。 关键词： 半导体阵列 ； 光束整形； 光纤耦合； 高功率； 高耦合效率 中图分类号 TN284．4 文献标志码 i A d0i：10．1l88~t／HPLPB201527．061012 大功率半导体激光器具有结构紧凑、重量轻、转换效率高、可靠性好 、使用寿命长等优点，广泛应用于国防、 工业、医疗等领域[1]。由于半导体激光器的有源层界面不对称 ，且有源区很薄，使得大功率半导体激光阵列的 输 出光束两个方 向的光束质量差异大，表现为垂直于 PN结平面的快轴方向的发散角很大，可达 3o。～4O。，光 束质量接近衍射极限；平行于PN结平面的慢轴方向发散角小 ，一般为 10。～20。，光束质量为衍射极 限的几百 倍 以上 。半导体激光器两个方向的光束质量的极度不均衡 ，使得其整体光束质量较差 、亮度较低 ，限制 了应用 范围 ]。因而 ，研究高功率、高光束质量的半导体激光器是近年来半导体激光技术研究中的重要研究方 向之 一 。 国内外多家公司及研究机构都对此进行了研究，采用 的方案主要有单管半导体合束口 、外加光学元件改 善半导体阵N ／叠阵的光束质量 ，然后进行空间合束、偏振合束_l1 ]、以及波长光束组合技术口¨三种 。德 国 Laserline公司利用光束整形、偏振组合 、波长组合等技术实现了3kw 的半导体激光耦合到芯径 400x／m、数值 孑L径 0．1的光纤 中。德国DILAS公司利用 mini—bar，将 1kw 的半导体激光耦合到芯径 400／,m、数值孑L径0．2 的光纤中。国内的一些研究单位也进行半导体激光阵列光纤耦合的研究，中国科学院长春光学精密机械与物 理研究所采用光束整形和空间合束等技术 ，将 3个短阵列输出的 145．3W 激光耦合入芯径 400 m、数值孔径 为 0．22的光纤 ，光纤输出功率为 107W_1；采用光束整形技术 、偏振合束技术和波长合束技术 ，将 3种波长的 8个半导体激光阵列合束 ，研制出一种连续功率为 500W，电光转换效率为 39．5 的半导体激光光源u ；北京 工业大学利用光束整形 、偏振合束技术和波长合束技术 ，将垂直叠阵出射功率 773W 的激光耦合到芯径 600 m、数值孔径为O．22的光纤 ，光纤输出功率为 664W_】。本文利用微光学元件对标准半导体阵列的输出 光进行光束整形，提高了光束质量，并设计了紧凑型的空间合束结 fibercoupling 构 ，将 5个半导体 阵列的合束光束聚焦耦合入芯径为 400j上m、数 值孑L径为 0．22的光纤中。 l l beam expander 1 模块方案设计 l l 1．1 整体方案 combinedinspace 半导体光纤耦合方案示意图如图 1所示 ，主要由3部分构成 ：