高功率半导体激光器光纤耦合模块

光纤耦合输出的高功率激光二极管模块具有体积小、光束质量好、亮度高等特点,在泵浦光纤激光器、材料处理、医疗仪器等领域都获得了广泛的应用.为了进一步提高光纤耦合激光二极管模块的输出功率,提出了基于多只激光二极管串联的光纤耦合方法.这种方法具有耦合效率高、光学元件加工简单等特点.利用两组反射镜,将多只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦,耦合进光纤输出,根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜.利用特殊加工的A1N材料作为过渡热沉解决了激光二极管的导热和相互之间的绝缘问题.采用这种方法将4只输出波长为980 nm的高功率激光二极管输出光束耦合进数值孔径0.22、芯径100μm的多模光纤中,当工作电流为4.0 A时,光纤连续输出功率为11.6 W,耦合效率大于79%.     

高功率线阵半导体激光器光纤耦合实验研究

通过分析高功率线阵半导体激光器(DL)的激光输出特性,设计了一套光束变换装置,可将10 mm宽的线阵DL激光耦合进单根光纤中.变换过程如下:首先用微柱透镜对DL的快轴方向准直,然后利用微台阶反射镜,通过提高慢轴方向光束质量而降低快轴方向光束质量的方法,使得线阵DL两个方向的光束质量相近,从而可以汇聚成一接近圆形的光斑,再用聚焦透镜耦合进单根光纤中.在实验中实现了将输出功率为42 W的连续线阵DL的输出激光耦合进一根芯径为1 mm,数值孔径NA=0.38的光纤中,光纤输出激光功率为连续25 W,整个光束变换系统的耦合效率为59.5%.     

微光学元件阵列面阵LD光束整形及光纤耦合

采用微透镜阵列组成的快、慢轴准直器件进行高功率面阵半导体激光器阵列光束准直,从而减小其光参数积,进一步采用棱镜阵列对准直光束进行整形,实现两方向光束质量的平衡,使激光束的综合光参数积小于光纤的光参数积,提高光束质量,获得高耦合效率的光纤耦合模块.对5个吧条组成(每个吧条40 W、总输出功率为200 W)的面阵半导体激光器光束进行准直、整形聚焦并耦合到芯径800μm、数值孔径0.22的多模光纤,获得125.4 W的激光输出.     

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.     

激光二极管与单模保偏光纤的耦合研究

给出了一种处理激光二极管经透镜与单模保偏光纤耦合的精确方法,测量了半导体激光器的光束质量,对其光束的收集、准直、整形、聚焦和耦合进入光纤进行了实验研究,同时测量了整形系统和光纤的定位灵敏度.对球面微透镜光纤与激光二极管耦合的方法进行了理论分析,讨论了透镜参数、耦合形式、激光二极管波像散对耦合效率和特性的影响,给出了2种实际耦合系统的实验计算结果,并与理论计算作了比较,结合实验得到了微透镜的优化参数,且将结果应用到了激光二极管与单模保偏光纤耦合实验中,得到了总的耦合效率为36%.     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

出纤功率30W的激光二极管线列阵光纤耦合器件

用一根柱透镜对大功率半导体激光器线列阵输出光束的快轴方向进行准直,准直后的光束耦合到光纤列阵中.大功率半导体激光二极管线列阵的输出功率为40W,线列阵有19个发光单元,每个发光单元的发光区面积为100μm×1μm.大功率激光二极管线列阵耦合后出纤功率为30W,耦合效率为75%,光纤的数值孔径为0.11.     

出纤功率30W的激光二极管线列阵光纤耦合器件

用一根柱透镜对大功率半导体激光器线列阵输出光束的快轴方向进行准直 ,准直后的光束耦合到光纤列阵中 .大功率半导体激光二极管线列阵的输出功率为 4 0 W,线列阵有 19个发光单元 ,每个发光单元的发光区面积为10 0μm× 1μm .大功率激光二极管线列阵耦合后出纤功率为 30 W,耦合效率为 75 % ,光纤的数值孔径为 0 .11     

激光二极管线列阵与多模光纤列阵的光纤耦合

利用一段数值孔径(NA)较小的多模光纤作为一个低成本的微透镜,对激光二极管线列阵的大数值孔径方向准直,将激光二极管线列阵的输出光束耦合到多模光纤列阵中.激光二极管线列阵每个发光单元的光分别耦合到光纤列阵的单根光纤中.总的耦合效率和输出光功率分别为75%和15W.     

激光二极管线列阵与多模光纤列阵的光纤耦合

利用一段数值孔径(NA)较小的多模光纤作为一个低成本的微透镜,对激光二极管线列阵的大数值孔径方向准直,将激光二极管线列阵的输出光束耦合到多模光纤列阵中.激光二极管线列阵每个发光单元的光分别耦合到光纤列阵的单根光纤中.总的耦合效率和输出光功率分别为75%和15W.     

大功率半导体激光器光纤耦合模块的耦合光学系统

针对 8 0 8nm大功率 Ga As/ Ga Al As半导体量子阱激光器的远场光场分布特点 ,提出了与多模光纤耦合时对耦合光学系统的特殊要求 ,并根据低成本、实用化的要求设计制作了专用的耦合光学系统 ,对耦合光学系统的实际性能进行了测试 ,给出了耦合效率统计分布图、耦合偏差曲线和高低温可靠性实验结果 .用设计制作出的实用化耦合光学系统完成了输出功率 15— 30 W,光纤束数值孔径为 0 .11— 0 .2 2的半导体激光光纤耦合模块 ,模块的使用结果表明耦合光学系统稳定、高效、实用     

大功率激光二极管高亮度、高功率密度光纤耦合

将条宽为100μm,有源区厚度为1μm的大功率激光二极管(LD)的输出光束高效地耦合到芯径是50μm的多模光纤中,得到了高亮度、高功率密度的光纤输出.功率密度高达3.6×104W/cm2,耦合效率为70%.LD输出光束的发散角较大并且存在较大的像散,因此耦合系统中需要结构复杂、性能可靠的微透镜.采用在一个玻璃衬底上,具有两个不同曲率半径的双曲面透镜实现LD与多模光纤的耦合.     

862nm扇面光束脉冲激光器模块

设计并制作了一种新颖的扇面光束半导体激光器模块,并在模块中集成了高输出电压、高重复频率驱动电路.该模块由多个LD芯片在慢轴方向沿圆弧排列而成,采用微柱透镜和平凸柱面镜对LD快轴光束进行准直.驱动电路采用DC-DC电路产生高电压、采用门电路延迟法产生驱动电脉冲.实验测试表明:该模块峰值光功率为1 750 W,光脉冲宽度为6 ns,脉冲间隔为20μs,光束水平发散角为41.2°,垂直发散角为0.23°;可以实现大视场空间、低间隔时间光束发射.     

星间激光通信发射终端耦合单元的研究

针对星间光通信系统的要求,采用一种新型的半导体激光耦合方案,用前后正交的非球面柱面透镜准直半导体激光束,再经渐变折射率(graduated refractive index,GR IN)自聚焦透镜聚焦,把光束耦合入单模光纤。就此耦合单元,对耦合效率随半导体激光器的位置偏离及角度偏移进行了研究,在光纤尾纤处测得了输出功率随驱动电流的变化关系,单模运行的半导体激光二极管经耦合后的出纤功率可以达到80mW。结果表明,耦合效率随位置偏离及角度偏移的变化灵敏度都不高,这可以满足星间光通信的要求。     

多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出

设计并研制了一种多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用分子束外延(MBE)方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用4只准直的单条形大功率半导体激光器,器件腔长为2 mm,发光区宽度为100μm,单条形器件的连续输出功率为5.0 W,每两只单条形器件的准直输出光束经过空间合束后再通过偏振合束,实现了多单元器件输出的高光束质量功率合成,采用简单的平凸透镜实现了合束光束与100μm芯径、数值孔径(NA)0.22石英光纤的高效耦合,耦合效率高达79%,输出功率达10.17 W,光纤端面功率密度达1.0×105W/cm2.     

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。     

808 nm波长光纤耦合高功率半导体激光器

采用柱透镜对半导体激光器（ＬＤ）的输出光束进行了有效收集、预准直及多模光纤之间的耦合实验。采用８０８ｎｍ波长,１５０μｍ条宽结构的激光器件,与２００μｍ芯径平端光纤的耦合效率高达９０％以上,光纤输出功率为１．０Ｗ。分析了影响耦合效率的主要因素     

高功率阵列半导体激光器的光纤耦合输出

采用柱透镜对10单元阵列半导体激光器的输出光束进行了有效收集和预准直及多模光纤之间的耦合实验。激光器采用808nm波长、150μm条宽的发射单元,周期为1000μm,与200μm芯径平端光纤阵列的耦合效率高达75％,光纤输出功率7．5W,分析了影响耦合效率的主要因素。