【摘 要】
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高功率蓝光半导体激光器在激光加工、激光医疗、水下通信、激光显示及激光照明等应用领域具有重要的作用。本文针对提高半导体激光器功率的三种非相干合束技术——空间合束、偏振合束及波长合束,设计仿真了基于蓝光单管半导体激光器的三种非相干合束技术的光学系统模型,并对空间合束系统模型进行了相应的实验研究,对偏振合束系统模型进行了详细的误差分析。主要研究内容如下:（1）设计仿真TO9封装的5W蓝光单管的空间合束光
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目,项目名称:大功率蓝光半导体激光器与应用,专项名称:激光与增材制造,项目编号:2020B090922002；
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高功率蓝光半导体激光器在激光加工、激光医疗、水下通信、激光显示及激光照明等应用领域具有重要的作用。本文针对提高半导体激光器功率的三种非相干合束技术——空间合束、偏振合束及波长合束,设计仿真了基于蓝光单管半导体激光器的三种非相干合束技术的光学系统模型,并对空间合束系统模型进行了相应的实验研究,对偏振合束系统模型进行了详细的误差分析。主要研究内容如下:（1）设计仿真TO9封装的5W蓝光单管的空间合束光学系统模型。分别基于单排和多排的蓝光单管光源,进行了光学系统模型各环节的设计仿真,包括光源仿真,空间排布的设计,快慢轴准直镜、扩束系统及聚焦镜的设计。（2）依据仿真设计进行空间合束的实验。将单排7支TO9封装蓝光单管耦合进光纤,得到25W输出;进一步将三排共24支蓝光单管进行耦合,得到88W输出。（3）设计仿真了TO90封装的3W蓝光单管的偏振合束光学系统模型。设计了光源的快、慢轴准直镜;结合快、慢轴方向的光参数积BPP均衡和光斑尺寸均衡,进行了快、慢轴方向的空间排布设计,利用阶梯反射镜实现快轴方向上12束光束的叠加,在慢轴方向排布3排蓝光单管;利用偏振合束器实现两个12×3排布模块的合束;聚焦耦合进入200um NA0.22光纤。整个偏振合束光学系统使用了72支蓝光单管,最终得到约200W的高功率高亮度蓝光输出,系统耦合效率约为95.5%。（4）对偏振合束光学系统模型各环节的光学器件进行了位置误差和加工误差的分析,包括对快慢轴准直镜、阶梯反射镜、偏振合束器、聚焦透镜组的误差以及光纤耦合时的位置误差进行了分析。（5）设计仿真了三波长合束的光学系统模型,使用216支3W蓝光单管得到了约600W的大功率蓝光输出,系统耦合效率约为92.9%。
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