随着半导体激光技术的快速发展，以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究，设计出一种单光纤双波长输出的光学结构，将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105 μm，数值孔径(NA)为0.22的光纤中，获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 mW的1310 nm检测激光，其中高功率点火激光的耦合效率超过90%；通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形，与自由输出光束相比，整形后出射光斑发散角减小了，入射到点火药剂上的光功率密度增大了，点火效率提高了。实验结果表明，所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检，满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。

半导体激光器自发明以来, 凭借其自身高稳定性、高光电转换效率、体积小等优势被广泛应用在各个领域, 但是由于其快慢轴光束质量差异较大, 影响了其应用范围。密集波长合束技术作为一种有效提高半导体激光亮度的方法, 是当前的研究热点。文中分析了国内外高功率、高光束质量半导体激光器密集波长合束技术发展状况, 讨论了合束技术特点, 展望了发展趋势。

为了突破多单发射区半导体激光器光纤耦合模块设计过程中空间合束法遇到的合束功率及光功率密度无法上升的瓶颈, 得到多单发射区半导体激光器光纤耦合模块更优参数的光束输出, 同时完成单一激光器光纤耦合模块泵浦多种激光器的目标, 结合ZEMAX光学设计软件及Solidworks工程设计软件设计并制作了一种由6支、可输出2种波长分别为915 nm及974 nm的单发射区半导体激光器组成的光纤耦合模块。该模块的实现过程包括微透镜光束快慢轴整形、空间合束、波长合束、光路转向及聚焦, 最终耦合进数值孔径为0.22、光纤芯径为105 μm的普通光纤, 测试结果表明该模块光纤输出光功率达到了46 W, 2种波长均在光纤输出光束中检测到, 且光纤耦合效率高于83%。使用ANSYS软件对模块进行散热分析, 结果显示, 模块正常使用后最高温升至37 ℃, 在正常使用温度范围内, 表明模块的散热性能良好, 具备实际应用的可行性。

对双光束波长合束精度进行了研究。用镀有特制光学薄膜的滤光片对波长为532和515 nm的两束激光进行合束，并对合束精度进行检测。基于此系统，建立了对应理论模型，并对合束及检测的误差来源和大小进行全面分析。两光束指向稳定性均为50 μrad时，合束精度理论值为14.69″，指向稳定性所占比例为99.26%，系统对质心定位等不稳定因素(误差变化＜3倍)抗性极好，精度变化＜2.4‰; 指向稳定性提高到23.51 μrad时，合束精度理论值为7.09″，指向稳定性所占比例为96.77%，系统仍有较高抗干扰能力，精度变化＜1%。分析表明，影响近场小功率合束精度的因素有激光指向稳定性、机械调节和质心定位误差，其中激光指向稳定性是主要因素。通过调节各因素的比例，可对合束的抗干扰能力进行控制。

半导体激光器以其突出的优点具有广泛的应用前景，但受光束质量限制，使其很难作为直接光源应用在对功率和光束质量均有较高要求的领域。采用斜45°柱透镜阵列光束整形技术、自偏振合束技术和三波长合束技术，将3种波长的8个半导体激光阵列合束，研制出一种连续功率为500 W、电光转换效率为39.5%、光参量积为12.44 mm·mrad、亮度为42.8 MW/(cm2·sr)的半导体激光光源，可作为直接光源应用于工业和**等领域。