高斯光束在光纤间的耦合

高斯光束在光纤之间的耦合方式有多种,常用的一种是准直聚焦的透镜耦合系统。为确定耦合系统的参数,首先分析单透镜对高斯光束的变换,从变换后束腰半径的表达式中看出它受到多个变量的影响,通过作图找到了束腰半径的变化规律。然后把这一规律应用于准直聚焦透镜组成的耦合系统中,得到了确定耦合系统参数的一般方法。最后给出了一个光纤间耦合的实例。     

光纤激光器透镜耦合系统的优化设计

准直一聚焦双透镜系统是光纤激光器中常用的一种泵浦耦合技术,但是对于大功率LD泵浦源尾纤输出的多模类高斯光束,难以解析表达其中高阶模式的透镜变换规律,根据此设计透镜耦合系统过程也很复杂。本文用几何光学的方法保证数值孔径的匹配,以类高斯光束光斑尺寸作为基模高斯光束束腰,用基模高斯光束传播规律来简化大功率光纤激光器透镜耦合系统的优化设计.最后给出了一个利用MAT-LAB优化工具函数设计双透镜聚焦耦合系统的实例。     

利用单透镜结构实现自由空间激光进入单模光纤的耦合研究

自由空间激光与光纤的高效耦合可大幅降低激光 能量损耗。基于高斯光束通过透镜的传输规律,分 析经过单透镜变换后的激光光束特性,即像方激光光束特性。对自由空间激光与单模光纤的 优化耦合进行研究。通过分析匹配单透镜参数对像方光束的影响, 选择单透镜合适焦距参数,实现激光与光纤参数的高效匹配,满足激光光束的像方腰斑小于 10 μm且数值孔 径小于0.12。通过实例,分析采用焦距为5mm的单透镜对780 nm空间激光到单模光纤的耦合效 率,结果表明自由空间激光到单模光纤的耦合效率高达90%。该耦合 系统结构简单,可实现激光由自由空间到至光纤的高效率传输。     

透镜球差对光纤输出激光器耦合效率的影响

使用光线追迹法分析高斯光束的透镜变换过程。首先使用高斯光束的透镜变换公式计算透镜的焦距及放置位置等耦合系统的参数,然后建立直角坐标系并利用耦合系统的参数构建方程,对边缘光线追迹,计算出像方束腰半径值。根据两种不同方法计算的束腰值计算激光束与光纤的耦合效率并进行比较,得出透镜的球差使得耦合效率降低的结论。最后采用双胶合透镜对球差适当的消除,耦合效率得到提高。     

非均匀关联光束在湍流中的单模光纤耦合效率（特邀）

研究了非均匀关联光束经过大气湍流后的光纤耦合效率。研究结果表明,大气湍流中非均匀关联光束的光纤耦合效率优于传统高斯谢尔模光束;且调控光束相干长度可以提高光纤耦合效率;针对不同传输距离的情况,可以通过调控光束相干长度实现耦合效率的最优化。同时,文中还讨论了光源参数:束腰和波长;耦合透镜参数:接收孔径和焦距;湍流强度对光纤耦合效率的影响。该研究成果证明光场相干结构调控技术在提升光纤耦合效率中的应用,在自由空间激光通信研究领域存在重要价值。     

激光的光纤传输特性研究

本文从理论上计算了高期光束经透镜及光纤的传输特性，指出了当胺的参数ｚ０≤ｆ时，高斯光束经透镜后的模斑位置严重偏离透镜的焦点。文中还指出了保证光纤弯曲时子光线不漏出，对光纤的数值孔径有一定的要求。     

光子带隙光纤准直器回波损耗研究

研究了一种光子带隙光纤准直器。为了降低回波对光源的干扰,通常光纤准直器的回波损耗不应低于60 dB。由于带隙光纤端面没有反射,因此满足这一条件的带隙光纤准直器GRIN透镜入射面的倾斜角与普通光纤准直器不同。从高斯光束通过光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学和高斯光束耦合理论,推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光纤及GRIN透镜的参数,仿真分析了尾纤与GRIN透镜之间的间距及GRIN透镜的参数对准直器回波损耗的影响。结果表明,镀有增透膜时,当光子带隙光纤准直器的GRIN透镜入射面倾角等于3时,回波损耗大于60 dB。研究结果对进行光子带隙光纤准直器的设计具有指导意义。     

传输紫外激光空芯光纤系统的研究

文章对传输紫外激光空芯光纤系统进行了研究,利用高斯光束传输规律和波导耦合理 论研究了紫外激光与空芯光纤的耦合,分析了在选定毛细管内镀制选定膜系可以制备传输紫外激光的空芯光纤,并针对空芯光纤内径较大而导致的输出光斑较大的问题,提出使空芯光纤输出端与透镜耦合方案。     

2.79μm Cr,Er∶YSGG激光光纤耦合的实验探究

采用传能光纤替代导光臂传输激光能量能够极大地改善医用手柄的灵活性、降低系统复杂程度、提高激光传输效率.设计研制了2.79 μm Er,Cr∶ YSGG激光器及其光纤耦合系统.分析了激光器谐振腔输出镜对输出高斯光束参数的影响,设计弯月型透镜作为激光器谐振腔输出镜减小激光光束发散角,并选择合适的耦合单透镜,满足了数值孔径为0.29、芯径为400 μm的ZBLAN玻璃光纤耦合条件.实验结果表明,在弯月型透镜作为激光输出镜,耦合透镜焦距为20 mm时,可实现激光传输耦合效率高达83％,最大传输功率6W,满足了激光医疗仪器的临床应用需求.     

梯度折射率光纤透镜的薄透镜等效分析

从等效薄透镜的角度对热扩束（TEC）光纤＋无芯光纤＋梯度折射率（GRlN）光纤透镜进行了细致的理论分析，其中TEC光纤调整输入高斯光束的束腰半径，无芯光纤控制束腰和薄透镜间的距离，GRIN光纤两主面之间部分等效为薄透镜，其焦距由光纤的折射率分布参数g决定。推导了出射高斯光束的束腰半径和工作距离的解析表达式，进而对该光纤透镜做了数值模拟，讨论了无芯光纤和GRIN多模光纤的长度对光纤透镜参数的影响。当GRIN光纤透镜用作准直器使用时，其最大束腰直径可达到80／1m，可将单模光纤的远场发散角压缩8倍；用于MEMS器件时，最大工作距离可达到3mm。     

光纤束耦合LD输出光束的空间耦合技术研究

基于多模大芯径光纤的端面出射光场可视为高斯分布,光纤束耦合LD各纤芯出射的光束互不相干;对光纤束耦合LD输出光束通过空间耦合光学系统后的光强分布进行了数值模拟和实验研究,模拟计算结果和实验结果的规律基本吻合。结果表明,用单个薄凸透镜组成耦合系统时,耦合后的光束在焦平面上中心光强最大,光斑尺寸最小;随着薄透镜焦距的增大,焦平面上的光斑尺寸呈线性增大,而中心光强急剧减小。     

High Power Fiber Bundle Array Coupled LDA Module

1 Introduction High power laser diode arrays (LDA) have many advan- tages such as small volume, long working life, high slope efficiency and high optical density, so they have many applications in medical treatment, material pro- cessing, and for the pumping source of solid laser and etc. But unfortunately, the LDA can not be easy to use directly in these fields because of their poor beam quality and extremely asymmetric divergent beams (!x≈ 5°～10°and !y≈20°～35°, for example), so it …     

Elliptic Gaussian Optical Beam in Nonlinear Conical Graded-index Rod Lens

The propagation and transformation of an elliptic Gaussian optical beam(EGB) passing through a Kerr-law nonlinear conical graded-index rod lens are presented. In the rod lens, the EGB is treated as two dependent optical beams. The dimensionless beam-width parameters and the inverses of the curvature radii for the wavefront of the two beams are given semi-analytically,and the transformations of the EGB with the rod lens are derived by use of the ABCD law of Gaussian optical beam.     

抛物型发散梯度折射率激光束变换元件的设计

本文根据ABCD矩阵和高斯光束传播理论,导出高斯激光束经抛物型发散梯度折射率纤维透镜的变换公式。探讨这种发散纤维透镜用作激光束变换元件的设计原理以及在望远镜式扩束型光学耦合系统中的应用。     

双包层掺杂光纤端面泵浦技术的研究

设计了一种基于准直聚焦透镜组的双包层掺杂光纤端面泵浦耦合系统,通过分析多模光纤耦合输出的泵浦光束参量经准直聚焦透镜光学系统后的变换特性,给出了能够满足泵浦光束与双包层掺杂光纤内包层模场分布匹配条件的透镜组参数及其位置参数设计要求,并利用结构参数与双包层掺杂光纤完全相同的未掺杂双包层光纤进行了耦合功率的实验测试,当泵浦源输出功率为50 W时,获得了34.1 W的入纤泵浦功率,泵浦耦合效率达到近70%,为搭建双包层光纤激光器奠定了基础.     

一种球柱面一体化透镜的几何光学设计

提出了一种可使光轴折转90°,利用球面的折射和反射使子午面内的光束变为平行光,利用球面和柱面使弧矢光束会聚且有实焦点的球柱面一体化透镜,分析讨论了其近轴光学特性,给出了一些约束条件.这种透镜具有批量生产成本低、数值孔径大等优点,可用于把基模高斯细圆光束变换为线光束.