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大功率半导体激光合束进展

王立军 彭航宇 张俊

王立军, 彭航宇, 张俊. 大功率半导体激光合束进展[J]. 中国光学(中英文), 2015, 8(4): 517-534. doi: 10.3788/CO.20150804.0517
引用本文: 王立军, 彭航宇, 张俊. 大功率半导体激光合束进展[J]. 中国光学(中英文), 2015, 8(4): 517-534. doi: 10.3788/CO.20150804.0517
WANG Li-jun, PENG Hang-yu, ZHANG Jun. Advance on high power diode laser coupling[J]. Chinese Optics, 2015, 8(4): 517-534. doi: 10.3788/CO.20150804.0517
Citation: WANG Li-jun, PENG Hang-yu, ZHANG Jun. Advance on high power diode laser coupling[J]. Chinese Optics, 2015, 8(4): 517-534. doi: 10.3788/CO.20150804.0517

大功率半导体激光合束进展

doi: 10.3788/CO.20150804.0517
基金项目: 国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(No.2012AA040210);科技部重大仪器专项资助项目(No.2011YQ04007702);国家自然科学基金资助项目(No.61204055,No.61404137);中科院国防青年基金资助项目(No.CXJJ-14-Q57);吉林省发展计划资助项目(No.20140101172JC);吉林省国际合作资助项目(No.20150414053GH)
详细信息
    通讯作者:

    王立军(1946—),男,吉林舒兰人,中国科学院院士,博士生导师,主要从事大功率半导体激光器及应用方面的研究。E-mail:wanglj@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TN248.4

Advance on high power diode laser coupling

  • 摘要: 经过近30年的发展,半导体激光器已由信息器件逐步发展成为能量器件,特别是大功率高光束质量半导体激光器,已从泵浦光源过渡成为直接作用光源,并部分应用在加工及国防领域。本文介绍了大功率半导体激光单元发展现状,分析讨论了各种激光合束技术及相应的合束光源,介绍了长春光机所在激光合束方面所做的部分工作,提出了我国半导体激光产业建设及发展的几点建议,并对半导体激光技术的发展新动向进行了展望。随着单元亮度的提升和合束技术的成熟,大功率半导体激光源作为间接光源和直接作用光源将在国防和工业领域大放异彩。

     

  • 图 1  半导体激光器件基本结构

    Figure 1.  Basic structures of diode lasers

    图 2  条宽90~100μm、波长9xxnm的半导体激光单管功率研究进展

    Figure 2.  Research advance on 9xxnm single emitters with the width of 90~100μm

    图 3  半导体激光厘米线阵输出功率研究进展

    Figure 3.  Research advance on laser bars with the width of 10 mm

    图 4  激光合束分类结构图

    Figure 4.  Classification map of laser coupling

    图 5  常规半导体激光合束光源技术构成图

    Figure 5.  Technology structure of TBC sources

    图 6  光束整形

    Figure 6.  Beam shaping

    图 7  (a)偏振合束及(b)粗波长合束示意图

    Figure 7.  Sketch of (a)polarization multiplexing and (b)coarse wavelength multiplexing

    图 8  808和880 nm波长合束所用二向分色镜的透射率曲线

    Figure 8.  Transmission curves of a dichroic len for coupling 808 nm and 880 nm

    图 9  VBG外腔反馈实现光谱控制原理图

    Figure 9.  Spectral controlling principle diagram by VBG external cavity feedback

    图 10  德国Directphotonics实现间隔4nm的5波长合束光谱分布

    Figure 10.  Spectral distribution of 5 wavelengths with the interval of 4 nm from Germany Directphotonics

    图 11  (a)反射VBG和(b)透射VBG的波长合束方式

    Figure 11.  Wavelength multiplexing of reflection VBG(a) and transmission VBG(b)

    图 12  RTHW采用的合束VBG和波长窄化VBG光谱分布

    Figure 12.  Spectral distribution of multiplexing VBGs and spectrum-narrowed VBGs from Germany RWHM

    图 13  光谱合束的基本原理

    Figure 13.  Principle of spectral beam combining

    图 14  (a)内置不同周期的光栅调节激光波长(b)光谱合束输出(c)间隔2 nm的输出光谱

    Figure 14.  (a)Wavelength modulation by internal grating; (b)spectral beam combining; (c)spectral distribution of six single emitters with the wavelength interval of 2 nm

    图 15  λ-chirped VBG结合面光栅实现光谱合束

    Figure 15.  SBC by λ-chirped VBGs and a diffractive grating

    图 16  面光栅结合外腔反馈式光谱合束结构示意图

    Figure 16.  SBC by a diffractive grating with external-cavity feedback

    图 17  各种类型激光器功率与光束质量分布图及应用要求

    Figure 17.  Map of power vs. beam quality from various types of lasers and demands on the materials processing

    图 18  (a)半导体激光源进行金属薄板切割;(b)和(c)为切割样品

    Figure 18.  (a)Direct diode laser sources for metal sheet cutting; (b) and (c)samples of laser cutting

    图 19  (a)半导体激光源进行不锈钢无焊料焊接图;(b)不锈钢焊接样品;(c)半导体激光源

    Figure 19.  (a)Direct diode laser sources for stainless steel welding without any solders; (b)samples of laser welding; (c)diode laser source

    图 20  (a)万瓦级半导体激光源激光熔覆图;(b)激光熔覆样品

    Figure 20.  (a)Direct diode laser sources with ten thousands watts for laser cladding; (b)samples of laser cladding

    图 21  基于透射光栅的外腔反馈光谱合束结构(a)及光谱输出结果(b)

    Figure 21.  SBC structure of external cavity feedback based on transmission grating(a) and output spectrum(b)

    图 22  57个激光单元光谱合束结构

    Figure 22.  SBC structure of 57 single emitters

    图 23  引入成像光学后的输出光谱

    Figure 23.  Output spectrum of the SBC structure with the image optics

    图 24  经过系列环境测试后的光谱合束光源结构

    Figure 24.  SBC laser source after environmental testing

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-05
  • 录用日期:  2015-06-30
  • 刊出日期:  2015-01-25

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