半導(dǎo)體激光器是指以半導(dǎo)體晶體材料為工作物質(zhì)的激光器，具有體積小、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、可與集成電路單片集成等優(yōu)點(diǎn)。早在1970年，美國Bell通訊實(shí)驗(yàn)室的J.E.Ripper等就觀察到了2路GaAs激光通過倏逝波耦合產(chǎn)生鎖相輸出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。1975年，IBM公司的E.M.Philipp2Rutz利用倏逝波耦合實(shí)現(xiàn)了3路GaAs激光相干合成，輸出功率達(dá)到了5W。1978年D.R.Scifres等實(shí)現(xiàn)了5路GaAs激光鎖相輸出。
進(jìn)入20世紀(jì)80年代，半導(dǎo)體激光陣列相干合成技術(shù)進(jìn)入了研究高潮期，倏逝波耦合，Talbot外腔耦合以及二元光學(xué)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得半導(dǎo)體激光陣列得到了快速的發(fā)展。1994年，S.Sanders等利用Talbot外腔耦合獲得了144路二維半導(dǎo)體激光鎖相輸出，激光功率為1.4W。
由于半導(dǎo)體激光的自身特性，激光的相位可以由電流或電壓直接控制，無需輔助的相位控制器件?；谥鲃酉辔豢刂频陌雽?dǎo)體放大器陣列相干合成也逐漸引起了人們的關(guān)注。SDI公司的J.S.Osinski等實(shí)現(xiàn)了4路半導(dǎo)體放大器相干合成，輸出平均功率為#p#分頁標(biāo)題#e#5W。原麥道公司的K.H.No等實(shí)現(xiàn)了100路，400路和900路半導(dǎo)體放大器相干合成，其中900路放大器相干合成時總輸出功率為36W，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。值得說明的是，半導(dǎo)體放大器相干合成中控制的一般是靜態(tài)相位畸變，系統(tǒng)在初始化完成后，各路放大器的相位在幾天內(nèi)都不會發(fā)生變化。
盡管單管半導(dǎo)體激光器在輸出功率和光束質(zhì)量等方面與其他類型的高能激光器相比沒有優(yōu)勢，但是由于半導(dǎo)體激光器低成本、高效率、全固態(tài)、高可靠性等優(yōu)勢，其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景還是被普遍看好。半導(dǎo)體激光相干合成的計劃至今仍在進(jìn)行中，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)近年來連續(xù)啟動相干合成高功率單模發(fā)射器(COCHISE)和高能半導(dǎo)體激光系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(ADHELS)等項目，旨在通過大功率、高效率的半導(dǎo)體激光陣列相干合成產(chǎn)生100kW量級的高亮度激光。
采用相位控制技術(shù)鎖定各路激光的相位是實(shí)現(xiàn)相干合成的基本條件。相位控制技術(shù)可以分為主動相位控制和被動相位控制兩大類?；仡櫜⒎治鱿喔珊铣傻陌l(fā)展歷史不難發(fā)現(xiàn)，在光纖激光發(fā)展成大功率器件及其相干合成技術(shù)引起人們關(guān)注之前，各國學(xué)者已經(jīng)對包括氣體激光、化學(xué)激光、半導(dǎo)體激光、固體激光在內(nèi)的各種類型激光光束相干合成開展了深入的研究。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果在合成效率和數(shù)目可擴(kuò)展性方面的性能并不令人滿意。
對于外腔能量耦合、倏逝波耦合、SBS光學(xué)相位共軛等被動相位控制技術(shù)，以CO2激光相干合成為例，Antyukhov等利用Talbot外腔能量耦合實(shí)現(xiàn)的61路激光相干合成效率為15%，Bahanov等利用腔內(nèi)空間濾波實(shí)現(xiàn)的55路激光相干合成，在輸出功率為7kW時合成效率約為12%，最高的合成效率為#p#分頁標(biāo)題#e#Vasil--tsov利用腔內(nèi)空間濾波實(shí)現(xiàn)的85路激光相干合成，在輸出功率為500W時合成效率為40%。A.F.Glova等通過理論計算得出，被動相位控制相干合成效率不超過50%。
在數(shù)目擴(kuò)展方面，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著激光路數(shù)的增多，被動相位控制方案的鎖相效果降低，甚至不能實(shí)現(xiàn)鎖相輸出，相干合成的效率也隨著激光數(shù)目的增多而下降。較為常見的腔內(nèi)空間濾波被動相位控制在理論上就存在合成效率隨著激光數(shù)目增加而降低的不足。
另外，利用SBS相位共軛法實(shí)現(xiàn)化學(xué)激光、固體激光輸出的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對光路對準(zhǔn)近乎苛刻的要求以及激發(fā)產(chǎn)生受激布里淵效應(yīng)需要的高功率密度阻礙了其向?qū)嵱没陌l(fā)展。
除此之外，由于單臺CO2激光器、化學(xué)激光器等本身結(jié)構(gòu)就較為復(fù)雜，對于多路激光的被動相位控制，需要設(shè)計復(fù)雜的空間光路，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計和工程施行難度較大。被動相位控制相干合成還在系統(tǒng)復(fù)雜度、激光數(shù)目、合成效率等參數(shù)方面尋求平衡的過程中。對于主動相位控制相干合成技術(shù)，在其發(fā)展前期由于具備相位控制功能的能動器件在控制精度、響應(yīng)速度及自動控制技術(shù)等都不滿足要求，因此沒有能夠向大數(shù)目、高功率的方向發(fā)展，停留在理論探討和概念性演示階段。
20世紀(jì)90年代進(jìn)行半導(dǎo)體激光放大器的主動相位控制取得了一定的實(shí)驗(yàn)效果，但停留在校正靜態(tài)像差的層次。100路和900路放大器陣列合成功率為7.9W和36W，遠(yuǎn)不及工業(yè)加工和戰(zhàn)術(shù)使用需要的量級?？傮w說來，相干合成技術(shù)取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有突破當(dāng)時相應(yīng)單鏈路激光的最大輸出功率，因此效果不甚明顯。
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