【摘 要】
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半导体激光器具有系统稳定、成本低、高光电转化效率、结构紧密、寿命长等优点，其中大功率半导体激光器在国防及工业领域有广阔的应用前景。本文针对体布拉格光栅用于半导体激光器外腔光谱合束系统，提出了基于半导体激光阵列外腔光谱合束系统的设计方案，仿真模拟了体布拉格光栅各参量对衍射效率的影响，并基于体布拉格光栅衍射原理进行优化设计，并对利用反射型光栅的光谱合束系统进行实验验证及分析。主要研究内容如下： (1
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半导体激光器具有系统稳定、成本低、高光电转化效率、结构紧密、寿命长等优点，其中大功率半导体激光器在国防及工业领域有广阔的应用前景。本文针对体布拉格光栅用于半导体激光器外腔光谱合束系统，提出了基于半导体激光阵列外腔光谱合束系统的设计方案，仿真模拟了体布拉格光栅各参量对衍射效率的影响，并基于体布拉格光栅衍射原理进行优化设计，并对利用反射型光栅的光谱合束系统进行实验验证及分析。主要研究内容如下：
(1)设计了基于快轴准直镜、慢轴准直镜、反射型体布拉格光栅的5个半导体激光阵列合束结构，并通过Zemax仿真对经快慢轴准直的输入及输出光束进行对比分析。
(2)基于体布拉格光栅的合束原理，利用Kogelnik耦合波理论对透射型及反射型体布拉格光栅的光谱选择性及角谱选择性与光栅参量的关系进行推导，并对光栅厚度、周期及折射率调制量对衍射效率的影响定量分析，为光栅的结构优化提供依据。
(3)提出体布拉格光栅的等效模型——纳米矩孔结构，分别利用等效介质理论和严格耦合波理论对不同偏振光入射时纳米矩孔模型的有效折射率、衍射效率与矩孔长度的关系提供求解方案，并对可见光波段、近红外光波段、入射角及圆孔形状等因素对光栅的影响进行求解，给出适当的设计意见。
(4)利用FDTD软件对基于光热折射玻璃的体布拉格光栅和相同参数设置的多膜层堆叠的纳米矩孔模型开展针对性的对比论述，包括入射角度、入射波长等对光谱选择性及角谱选择性的影响，直接论证纳米孔结构可作为体布拉格光栅的等效模型。
(5)根据光栅外腔合束原理，推导输出波长间隔与各参量的关系式，并搭建了基于反射型半导体激光器外腔光谱合束实验平台，在13nm左右的光谱宽度范围内实现了5个发光单元的光谱合束。
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