近年来,国内外高功率半导体激光器研究迅速发展。由于在相同输出功率要求的情况下,制作激光器阵列要比单个高功率激光器更具有显著的优越性,因此大功率半导体激光器阵列技术研究成为当前集成光学发展中的一个重要领域。 而制约半导体激光器发展、应用的一个主要瓶颈,就是其光束形状极不对称,发散角很大。要得到高效率的激光输出并在实际中应用,必须对光束进行整形和变换。目前,关于单管激光器与透镜耦合的方式国内外报道很多,技术也比较成熟;但对激光束阵列的一维线阵和二维面阵整形,由于其制作工艺、耦合组装的精度要求很高,国内外还没有十分成熟的工艺,多处于研究实验阶段。国外已有采用平面微透镜阵列加半圆柱透镜,国内已有采用单根均匀折射率柱透镜、直接烧制光纤端面球透镜等几种实用化的线阵整形方式,这些方法对激光器阵列耦合、整形都有一定效果,同时也存在一定的不足之处。 本文从一个新的途径研究了激光器阵列与光纤阵列的耦合,即采用自聚焦柱透镜阵列作激光束整形器件。这种耦合方法制作工艺比较简单,耦合组装相对容易,可获得较高的耦合效率,具有较好的实用价值,目前在国内还没有这方面的报道。 采用自聚焦透镜对具有较大发散角的半导体激光器光束进行整形时,光线经自聚焦透镜出射后的倾角或焦距可通过选取自聚焦透镜的不同长度来确定,其经过自聚焦透镜前后的光斑变换可由ABCD定律给出。因此,只要满足对预期发散角范围内的光线能在自聚焦透镜中传输、经自聚焦透镜后的光斑大小不大于光纤芯径以及入射到光纤的光线倾角不大于光纤的数值孔径角的条件,便可以实现高效率耦合。 通过耦合实验,并对实验结果分析后得出了结论:自聚焦透镜阵列适合于对半导体激光器阵列的耦合,其聚焦常数A^1/2、半径α和长度z₀对耦合效率具有决定性的影响;要得到较高耦合效率,可以通过改善自聚焦透镜的部分光学性能参数来实现。 本文也进一步完善了高功率激光器阵列的耦合理论与实践。