设计并制作了一种亚波长透射光栅,利用该光栅实现了半导体激光阵列光谱合束。基于严格耦合波理论,对光栅占空比、脊高和周期等进行了设计,模拟了不同结构参数对光栅衍射效率的影响,从而实现了光栅衍射效率的优化。理论计算表明,优化后的光栅对940 nm激光的-1级衍射效率可达92%。实验结果表明,激光阵列光谱合束后,输出功率为46.2 W,光束质量为3.9 mm·mrad。

介绍了一种减少半导体激光器阵列光栅外腔光谱合束(SBC)整体光谱展宽的方法, 通过加入一组变形棱镜对传统光谱合束结构进行了改善。变形棱镜的作用实现减小半导体激光线阵输出光斑宽度, 减小入射到光栅上的入射角度进而减小整体的光谱线宽。采用发光单元宽度为100 μm、周期为500 μm、由19个发光单元组成的常规CM-Bar条进行光栅-外腔光谱合束技术的理论推导及软件模拟, 得到了光谱线宽为3.2 nm。与通过增大柱透镜焦距来减小光谱线宽的方法相比, 此方法的优势是保证了整体光谱合束的整体结构在500 mm以内, 使得各个发光单元有足够反馈量, 抑制光束间串扰, 保证合束后的光束质量和效率。

半导体激光器光谱合束技术能够实现近衍射极限的高功率激光输出, 已成为当前研究热点。衍射光栅的性能直接决定光谱合束的激光输出效果。模拟设计了一种针对940 nm波长、熔融石英材料的亚波长透射光栅。基于严格耦合波理论对光栅结构进行初步设计, 运用Rsoft软件依次对光栅占空比、脊高和周期等参数进行优化确定, 同时分析了各个参数对光栅衍射效率的影响。所设计的透射式光栅实现第-1级衍射级次的波分复用功能, 衍射效率达到91.2%(TE模式), 同时压缩其他衍射级次, 使其衍射效率降到1.2%以下。同时在光栅入射角度59°±3°范围内保持90%以上的衍射效率, 实现高功率激光输出的同时具有较高的误差容错率, 易于调节, 满足光谱合束技术的要求。