针对两种波长的直接高功率半导体激光堆栈, 为适应半导体激光在材料加工方面的需求, 设计一种双波长合束及长焦距光学系统。首先, 利用快慢轴准直镜对两种波长的激光堆栈进行初步准直, 然后, 用双波长合束镜将其合束。进而, 利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进一步扩束准直, 最终, 用快慢轴聚焦镜实现同步聚焦。利用光参数积原理对聚焦系统进行理论分析, 并根据瑞利长度公式计算出焦深。用ZEMAX软件对整个光路进行光线追迹, 得出模拟结果。根据理论分析和软件模拟, 开展相应实验。经合束和聚焦, 实现焦距300 mm, 焦点尺寸2.0 mm×4.0 mm的聚焦光斑, 输出功率5 000 W, 功率密度达104瓦级。最后讨论该系统影响因素。聚焦光斑可用于激光熔覆, 表面处理等工艺。

由于半导体激光器(LD)在快轴和慢轴两个方向上发散角的不一致和耦合结构的缩束作用, 从耦合结构输出的抽运光在经过空间传播后会发生劣化而降低效率。而通过调整激光二极管抽运堆栈结构中激光二极管阵列(LDA)的排布方式, 可以改善耦合结构出口后一定距离处光场的空间分布, 从而更好地保证抽运光与信号光的匹配。在通过对耦合结构出口的光场追迹分析后, 得到了激光二极管堆栈(LDS)排布结构对耦合结构出射光空间分布特性的影响。通过某工程的实验验证, 得到了良好的输出光斑和接近90%的传输效率。