Smile效应是限制二极管激光器阵列应用的一个重要因素。研究了激光器封装工艺对smile效应的影响,研究结果表明,造成smile效应的因素主要有两个：一是焊接过程中芯片的焊接压力不均匀；二是芯片与热沉的热膨胀系数不匹配。使用低膨胀系数的压条可以改善焊接过程中芯片压力的均匀性,而增大焊料凝固过程中的降温速率可以降低芯片与热沉的收缩量的差距,这两种方法都有利于改善smile效应。最后通过实验结果证明了以上方法在实际操作中是可行有效的。

介绍了一种采用导光管耦合的钕玻璃多程行波放大结构。在分析导光管结构参数与耦合效率关系的基础上，设计了包含8个激光二极管阵列的抽运结构,并模拟了输出情况。该抽运结构将168个bar条发出的抽运光会聚在8 mm×8 mm的范围内，获得7.3 J的能量输出。根据该抽运结构的输出特性，设计了以钕玻璃作为工作物质的旋转多程行波端面抽运放大结构，并在信号光注入能量为300 μJ时实现了能量为15 mJ的放大输出。

建立了激光二极管阵列(LDA) 环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型, LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA 的输出光束特性, 考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性, 根据经典热传导方程, 运用有限单元法, 得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律, 讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律, 所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。

为降低半导体激光主动照明红曝, 选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理, 研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块, 利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法, 使激光光参数积与光纤匹配, 激光高效耦合进入纤芯400 μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W, 电光转化效率35%, 波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块, 不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高, 系统成像质量好。

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出，利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构，制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100 μm，周期为200 μm，填充因子为50%，激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W，光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量，增加半导体激光端面泵浦功率密度，采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形，利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点，研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W，光-光耦合效率达73.8%，尾纤芯径Φ为400 μm，数值孔径(NA)为0.22。

大功率激光二极管线阵(HPLDA)特殊的发光区结构使它具有不理想的光学特性，特别是其快轴方向高达40°的大发散角，使得传统的波前探测器很难对其进行波前探测。针对这个问题，提供了一种可对大功率激光二极管线阵进行大动态范围波前测量的新方法，可在－π/2～π/2范围内进行高精度的波前斜率测量(±1′)。通过波前斜率的测量，可得到大功率激光二极管线阵的波前复振幅，实现波前测量的目的，同时也为下一步的光束整形做好准备。

半导体激光器抽运耦合系统是固体激光器的重要组成部分。非成像系统空心透镜导管构成的耦合系统非常适用于大功率的半导体抽运阵列。为了给出透镜导管耦合系统的最佳结构, 需要研究抽运光束在耦合系统内及输出面的分布。利用几何光学理论, 在三维空间内, 建立了空心透镜导管中抽运光束传播的数学模型, 推导了光束传播的三维轨迹方程; 在全三维光线追迹的理论分析基础上, 开发了模拟透镜导管耦合系统传输光线的3D计算机仿真软件; 通过该软件可以自动获得全部抽运光线在透镜导管耦合系统中的真实传输路径及在耦合系统输出端面的分布。最后探讨了抽运光束通过空心透镜导管耦合系统后的能量转换效率。计算结果表明, 空心透镜导管的能量转换效率可以达到96.08%以上。

为了便于对半导体激光器阵列(LDA)光束整形系统的设计和光束质量的评价,研究了目前LDA应用时普遍存在的问题,即Bar条不发光现象对LDA光强分布等特性的影响。基于LDA中单个发光单元的远场双峰结构,建立了描述LDA远场分布的数学模型,在LDA能量分布95%的主要区域内,该理论模型拟合测量数据的误差<5%。结合该理论模型和对LDA光束特性的实验测试结果,分析了Bar条不发光对LDA光强分布模式以及其它光束特性的影响。结果表明,在传输达到一定距离后,单个或几个Bar条不发光不会改变LDA光强分布模式双峰结构的本质,但对于光强分布的其它特性,如峰值光强大小、峰值光强位置、中心轴光强大小都会产生影响。LDA的功率特性与不发光Bar条的数目呈反比,与不发光Bar条的位置无关。

大功率半导体激光器阵列(LDA)的应用日益广泛，但受其发光机制的限制，光束质量较差。为满足应用要求，必须对LDA光束进行整形处理。介绍了LDA光束整形的基本原理和关键技术，按照光束传播特性的不同，将整形技术分为两大类，即几何光学光束整形和衍射光学光束整形方法进行了阐述。在阐述典型例子的基础上，分析和比较了各种整形方法的优点和不足。

研究LD阵列侧面泵浦Nd:YAG激光器泵浦光场的分布特点.首先,在已建立的二极管单bar单侧面泵浦YAG晶体泵浦光场分布数值模型的基础上,进一步建立了适用于激光二极管阵列多侧面泵浦YAG晶体的泵浦光场分布数值模型.然后,根据所建模型,采用光线追迹的方法,借助Matlab编程模拟了单侧面、二侧面、三侧面、五侧面泵浦方式的泵浦光分布特点,分析了系统参数:介质半径、介质吸收系数、光束光腰半径、泵浦距离、二极管bar间距、介质表面粗糙程度对泵浦光分布特性的影响,总结出了一般规律.可为二极管泵浦固体激光器的结构设计和实验研究提供理论参考.在理论分析的基础上,进行了单侧面、二侧面泵浦方式的二极管阵列直接侧面泵浦固体激光器的实验研究.实验结果与理论分析结果?鞠喾?验证了所建数值模型的正确性.该数值模型的特点是:采用光线追迹方法;适用于漫反射表面工作物质;适用于多种侧面直接泵浦方式,具有可扩充性.