半导体激光功率的提升对于**安全、激光通信、激光探测/传感、激光照明、医疗美容等领域有着重要的意义。半导体激光共孔径合成技术可以在保证光束质量的情况下大幅提升输出功率，近年来得到了广泛的关注。半导体激光共孔径光谱合成和半导体激光共孔径相干合成是两种典型的半导体激光共孔径合成技术手段，多家国内外机构在这两种技术上一再取得突破。本文综述了上述半导体激光共孔径合成技术的发展，并对该技术的发展前景进行了展望。

半导体激光器（LD）的增益谱随着加载电流和温度的变化而变化，不同功率下LD的输出波长难以稳定。功率为120 W、中心波长为809 nm的LD在10%~100%功率出光期间的波长漂移约为6 nm，这对于激光器的直接应用是不利的。目前通常采用体布拉格光栅（VBG）锁定或片上分布式反射（DBR）、分布式反馈（DFB）的方法进行波长锁定来解决该问题，但仍存在低功率下波长不稳定的缺点。为此，本文提出了一种基于“电开关选通控制+光纤合束器”的半导体激光光源方案，通过在相同电流下控制激光器的挡位来调节功率，在不增加额外光学器件的情况下达到了波长稳定的目的；该光源包含数个12 W单模块LD、数个电功能模块、控制或通信软件、半导体制冷片（TEC）控温模块、光纤合束器、光学准直镜筒；该光源的中心波长稳定在808~810 nm范围内，功率大于120 W，光斑的非均匀性（均方根）<10%。该光源通过了高低温环境实验考核，可在-55~50 ℃范围内存放及工作，同时可满足冲击振动、电磁兼容环境下的实验要求。

相比常规的二向色镜激光合束，采用窄线宽半导体激光结合薄膜二向色镜进行的密集光谱合束，通道数量显著增多，可以实现高功率、高亮度的半导体激光输出。理论分析了薄膜二向色镜入射角度与中心波长、透过率之间的关系，结果表明：随着入射中心波长增大，入射角度逐渐变小，同时薄膜二向色镜的透射谱随之发生改变。对中心波长为969 nm、976 nm、981 nm的3束半导体激光开展了密集光谱合束实验，实现了输出功率为311.9 W、合束效率为95.88%、亮度为58.42 MW/(cm²·sr)、子束光谱间隔最大为7 nm的合束激光输出，合束激光相比子束的光束质量退化率不大于1.06倍。

高亮度、高功率半导体激光尾纤模块中的光束准直是保证高亮度输出的关键因素,光束准直的实现除了需要准直发散角小,还需要极好的光轴指向性,从而保证光束的精密耦合。在半导体激光直接应用中,依靠机械对准保证光轴的指向是有限的,并需要进一步采用光学校正的方法来保证光轴可调。基于光在介质中的折射原理,研究了异形慢轴准直镜对快轴方向激光光轴指向性的校正作用,当慢轴准直镜的倾斜角约为0.23°时,原有的快轴指向偏差约为2.1 mrad,校正后的光轴偏差降低到约290 μrad,这使得光纤前的光能够精密对准,极大地提高了耦合进光纤的功率,提高了光纤耦合的效率,从而为高效率、高亮度光纤耦合半导体激光模块的研制提供了新的思路。

分析腔面反射率对GaN基半导体激光器斜率效率和输出功率的影响,并对出射波长为450 nm的激光器进行实验验证。结果表明,对于非对称谐振腔结构,通过优化腔面反射率,可以抑制空间烧孔非线性效应,提高器件的微分量子效率和最大输出功率。当前腔面反射率为5%时,斜率效率大于1.3 W·A ^-1,并在3 A的连续工作电流下,获得了2.6 W的高功率输出。

宽面发射半导体激光器的光谱合束技术对发展高功率直接半导体激光光源具有重要意义。光栅外腔光谱合束基于光栅的波长选择特性和外腔半导体激光技术, 实现单个合束单元的光谱锁定和所有合束单元的合束输出, 输出光束质量与单个合束单元相当, 而亮度和功率得到很大的提高。基于无输出耦合镜光栅外腔光谱合束结构, 实现了单个半导体激光短阵列的光谱合束, 分析了光谱合束的输出光谱、输出功率和光束质量的特性, 获得了70 A工作电流下40.8 W的连续输出功率, 快轴和慢轴方向的光束质量分别为0.41 mm·mrad和9.16 mm·mrad(包含95％能量), 相应的电光转换效率为38.4％, 亮度高达67.90 MW/(cm2·sr)。

宽面发射半导体激光器的光谱合束技术对发展高功率直接半导体激光光源具有重要意义。光栅外腔光谱合束基于光栅的波长选择特性和外腔半导体激光技术,实现单个合束单元的光谱锁定和所有合束单元的合束输出,输出光束质量与单个合束单元相当,亮度和功率得到很大提高。基于两个半导体激光器短阵列叠阵,进行了无输出耦合镜光栅外腔光谱合束实验研究,实现了12个半导体激光器短阵列的光谱合束。分析了光谱合束的输出光谱、输出功率和光束质量,在70 A的抽运电流下,连续输出功率为578 W,光谱带宽为10.26 nm,电光转换效率46.5%。

报道了最大输出功率为1.3 W,波长为910~930 nm的单频、可调谐锥形半导体激光放大系统,研究了锥形半导体放大系统输出功率随注入电流和种子光功率的变化。功率为13.6 mW、波长为920 nm的单频种子光经隔离器和聚焦透镜后,功率减小为12.4 mW;入射到注入电流为4 A的锥形放大器中时,输出激光的功率可达1300 mW,增益达到20.21 dB,线宽为660 fm。当种子光功率从0增大到13.6 mW时,放大功率随之增大。该系统获得的激光可以用于四倍频后窄线宽连续可调谐中(深)紫外激光的研究。

受波导结构和芯片封装等因素的限制,半导体激光器快慢轴方向上的光束质量差距较大。半导体激光器主要用作抽运源,即亮度转换器,很难作为高亮度光源被直接应用。介绍了提高半导体激光器输出光功率密度和输出光束质量的非相干合束技术--波分复用合束技术,并总结了其国内外发展现状及若干重要动向。该研究为半导体激光器波分复用合束技术的发展提供了参考。