利用红外热成像技术和有限元方法在实验和理论上研究了高功率808nm半导体激光器巴条热耦合特征, 给出了稳态和瞬态热分析, 呈现了详细的激光器巴条热耦合轮廓.发现器件稳态温升随工作电流呈对数增加, 热耦合也随之增加且主要发生在芯片级.另外, 作者利用热阻并联模型解释了芯片级热时间常数随工作电流减小的现象.

在808 nm GaAs/AlGaAs激光二极管列阵的前后腔面两端约25 μm长的区域进行氦离子注入，使p型GaAs获得高的电阻率，形成腔面电流非注入区，以此来提高腔面灾变性损伤(COD)阈值。常规条宽100 μm，含有19个发光单元的1 cm列阵激光器的COD阈值功率为30 W，而带有腔面非注入区的器件的最大输出功率达到了42.7 W，没有发生失效。

针对激光二极管阵列提出了“组合模”概念，计算了组合模的远场分布.每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构.基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征，设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列.运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化.与自由运转的激光二极管阵列相比，离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍.在抽运电流为16 A时，测得输出激光的功率1.82 W，这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79%.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列，而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率，高光束质量输出的激光.

设计了一种离轴双反馈外腔能够有效地改善激光二极管阵列的线宽和光束质量。闪耀光栅和高反镜之间形成了一个共振腔。通过调整光栅和高反镜之间的倾角可以选定一个空间模在共振腔中放大。将一个半波片插入外腔中的光栅反馈支路, 来控制反馈光的数量, 激光从光栅反馈支路输出。运用这项技术, 在工作电流16 A, 可以把激光二极管阵列的输出线宽压缩到0.15 nm, 光束束宽积减小到283 mm·mrad。由于光栅的锁定作用, 中心波长几乎不随温度的变化而改变。在工作电流17 A时, 输出激光的功率为2.44 W,斜率效率为0.5 W/A。

半导体激光线阵(LDB)在制作和封装过程中会发生弯曲,从而引起发光弯曲,即“smile”,这影响其在抽运固体激光和外腔半导体激光阵列线宽窄化中的使用。利用平凸柱面镜在一定程度上可矫正半导体激光线阵的“smile”。通过几何光学方法对平凸柱面镜矫正半导体激光线阵的“smile”进行理论分析,利用不同焦距平凸柱面镜对不同半导体激光线阵的“smile”进行矫正,并通过ORIGIN软件对“smile”的矫正进行模拟,其结果与实验相吻合。结果显示,抛物线状“smile”矫正效果很好,相对矫正量高达90%,选择合适小焦距平凸柱面镜对“smile”矫正较明显且模拟误差小,修正透镜焦距参数可减小误差。

随着半导体激光器应用的日益广泛，半导体激光的光束质量在二维方向极不均衡的特点限制了它的应用范围。采用一种等腰直角棱镜组的整形方法，可实现二维方向的光束质量均匀化。实验中整形后快慢轴的光束质量比较接近，整形效率达到90%。经过整形的半导体激光器可以作为高功率固体激光器和光纤激光器的抽运源使用。

利用双焦望远系统和扭转柱透镜系统实现了半导体激光器线阵(LD-bar)的扭转对称化,对称化后的光束在x和y两个方向的光束宽度、发散角和光束参量积接近相等,极大地改善了半导体激光器线阵光束的不对称性和像散特性,进行了以上变换的理论分析和实验研究。作为应用实例,用对称变换后的光束进行了抽运固体激光器的实验,激光器基模输出的效率比用不变换前的光束有明显提高。

根据光线传输的基本原理,通过计算和推导,用解析式表达并讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过圆柱透镜后的准直特性、光强分布和光能转换效率与圆柱透镜的半径、介质折射率、介质损耗、安装距离等可调参数以及界面反射的关系。说明了安装位置直接影响到准直效果;透镜半径、折射率和介质损耗不仅影响到准直后光斑的大小、光强分布和光能转换效率,而且影响到偏振状态的重新分布,因此,要获得最佳准直效果必须略微离焦安装;还需根据具体使用要求综合考虑各参数对光斑大小、光强分布和光能转换效率的影响,以采用适当的参数,并考虑是否进行增透处理。为正确认识和使用微圆柱透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散,提高光束质量提供了理论依据。

从不同侧面泵浦方式的泵浦光强分布出发,依据热传导方程,求解出棒状激光晶体内的温度分布,计算出不同泵浦分布时的理论热透镜焦距,并进行热透镜实验.理论分析和实验表明,随着泵浦方向的增多,晶体内泵浦光强和温度分布越接近于轴向对称分布,热透镜更接近球面透镜.