在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中, 由于DLA存在子单元光束发散角、 “smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用, 将导致合成光束的光束质量降低。 综合考虑DLA子单元光束发散角、 “smile”效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响, 建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型, 进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、 “smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。 结果表明, DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量: DLA子单元光束发散角和“smile”效应引入的指向性偏差越大, 合成光束的光束质量就越差; “smile”效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响, 而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。 在实际工作应用中, 需要采取措施提高DLA光源质量, 以减小对合成光束的光束质量影响。

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中，由于变换透镜像差、光栅制作误差及“smile”工艺误差等因素的综合作用，将导致DLA 发光单元间出现光束串扰。通过分析光束串扰行为的产生机理，将主要的光束串扰行为分为两类，即杂散光返回至发光单元自身，以及经外腔反馈到其他单元，进而分别导致自激振荡模式和耦合振荡模式的产生。在此基础上，给出了含串扰光注入的半导体激光器速率方程，进而推导出DLA 发光单元的合成效率模型，分析了自激振荡和耦合振荡对发光单元合成效率的影响。结果表明，杂散光返回至发光单元自身，以及经外腔反馈到其他单元这两种光束串扰行为会不同程度地降低合成效率，且后者影响更大。在实际工作中，需要采取措施对光束串扰行为加以抑制。

Smile效应是限制二极管激光器阵列应用的一个重要因素。研究了激光器封装工艺对smile效应的影响,研究结果表明,造成smile效应的因素主要有两个：一是焊接过程中芯片的焊接压力不均匀；二是芯片与热沉的热膨胀系数不匹配。使用低膨胀系数的压条可以改善焊接过程中芯片压力的均匀性,而增大焊料凝固过程中的降温速率可以降低芯片与热沉的收缩量的差距,这两种方法都有利于改善smile效应。最后通过实验结果证明了以上方法在实际操作中是可行有效的。

基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上,相邻单元的出射光波长有微小的差异.从外腔耦合镜输出近似平行的光束,其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大.实验中采用发光单元宽度为100 μm、填充因子为0.5、由49个单元构成的1 cm 阵列获得功率为2.39 W的输出光束,其光谱宽度为27 nm,远场光斑的直径为0.08 mm,对应的远场发散角为1.2 mrad,其光束质量因子约为28,与单个发光单元的光束质量相当.

采用体布拉格光栅(VBG)外腔来压窄并稳定二极管激光阵列(DLA)输出光束的频谱.实验结果表明:在VBG波长锁定前后,DLA输出光束的光谱宽度由1.7 nm减小到0.4 nm,压窄的光谱不随注入电流的增大发生明显变化,不随热沉的温度升高而明显漂移.VBG波长锁定后在注入电流为35 A时,输出功率为15.12 W,功率损耗约2%.

从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究.在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布.根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度α的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小.二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,"三明治"结构对其进行封装,明显地减小了阵列的"smile"效应.在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm.

理论分析了外腔较短情况下,宽条半导体二极管激光阵列(LDA)高阶侧模相位锁定的可能性,观察了包含主、旁瓣结构的多侧模远场光强分布.从实验记录结果可以看出,在旁瓣中出现了标志锁相的峰、谷结构,而且该结构的调制度明显高于主瓣中的峰、谷结构的调制度,结果表明:在外腔较短情况下,LDA高阶侧模相位锁定的现象是存在的.