高功率光纤放大器中光纤端面处理分析

光纤端而进行斜而抛光一直是高功率光纤放大器中抑制ASE和自激振荡的关键技术.根据放大器结构建立了光纤端面信号光注入、信号激光输出以及泵浦光耦合的物理模型,数值模拟了不同光纤斜端面角度下信号光、泵浦光的耦合效率,纤芯端而的回波损耗.结果表明信号光注入端而斜面处理会导致耦合效率降低,输出端面斜角处理可有效减小端面反射率,而微小斜角对泵浦激光进入光纤内包层的耦合效率影响不大;根据不同的光纤参数选择合理的斜角处理可以有效提高放大器性能.     

斜端面光纤不同倾斜角度下出射光的研究

斜端面光纤的一端为平端面,另一端为斜端面,光从平端面输入,若斜端面的倾斜角度大于某一数值,光线将不再从斜端面出射,而是会经斜端面反射后从光纤表面出射,但此时的出射光斑严重变形,为此提出了在光纤斜端面部分套上一个空心玻璃管的结构。用LightTools的光线追迹功能进行仿真分析,仿真结果表明,当斜端面的倾斜角度在48°~54°的范围内时,光纤的传输效率均能超过75%,并且具有较为理想的出射光斑分布。最后,研制出了倾斜角为45°和53°的斜端面光纤,并分别在裸斜端面光纤和带有空心玻璃管的斜端面光纤下对传输效率和出射光斑分布进行了实验验证。     

球端面光纤耦合界面烧蚀现象的实验研究

本文提出大功率半导体激光器(LD)对光纤耦合界面的烧蚀的理论假设,得出系统耦合效率随时间的变化关系为ηt=η0t-αβmsk=η0t-αβρ。制作出三种不同直径的光纤端面小球,并对其防烧蚀性能进行了实验研究。实验证明激光器对光纤的烧蚀主要集中在粘接剂区,且大直径的球端面光纤能有效的减小烧蚀对系统耦合效率的影响。从而证明了公式的正确性。     

光纤端面宽带减反射膜制备

为了提高高功率半导体激光器光纤耦合系统中光纤的透过率以及耦合效率,通过高精密研磨抛光技术处理光纤端面,选取高激光损伤阈值薄膜材料,优化膜系结构,采用直接光控技术和离子辅助沉积法,成功地在光纤芯直径为100μm的多模光纤(MMF)端面上镀制了宽带减反射膜。测试结果表明,在900~1 100nm波段光纤双端面光损耗降低6%,总透射率达到99.2%,有效提高了光纤耦合系统中光纤耦合效率。     

大芯径多模石英光纤端面耦合技术研究

对大芯径多模光纤端面耦合技术进行了研究，实验测量了光纤端面间的横向偏离、轴向偏离及光纤轴夹角对耦合效率的影响，其中光纤端面间的横向偏离对耦合效率影响较大，这些实验结果对大芯径多模光纤端面间的连接或熔接以及提高耦合效率具有一定意义。     

光纤端面耦合特性研究

本文主要从光纤的各种端面效应出发,分析了不同形状端面光纤之间的耦合特性,并给出了相应的实验结果.     

高功率光纤激光器端面反射系数快速优化算法

在高功率光纤激光器优化中提出了一种输入端反射系数与输出端反射系数快速优化算法.基于斜率效率优化准则,通过掺镱光纤激光器实例分析,数值计算结果表明,采用端面反射系数快速优化选择算法,将计算时间至少缩短为传统算法的8%,较好地避免了阶梯误差的产生,提高了计算精度;在相同的参数条件下,正向抽运时,光纤激光器的端面反射系数优化选择取值区域最大,双向抽运时,光纤激光器的端面反射系数优化选择取值区域次之,而反向抽运时,光纤激光器的端面反射系数优化选择取值区域最小.     

LD泵浦不同腔结构高效运转掺铥光纤激光器

研究了掺铥光纤激光器的不同谐振腔结构方式。使用LD泵浦,分别采用双色镜和端面反射、高反光纤光栅和端面反射以及双色镜和低反光纤光栅构成激光器谐振腔,均获得了超过Stokes极限的斜效率。其中双色镜和端面反射腔结构下获得了最高斜效率56.9%,对应的量子效率为142%。三种腔结构下,激光光谱线宽由激光器系统所采用的反射腔的光谱特性所决定。在双色镜和端面反射腔结构下,激光器在双色镜的高反带宽内随机起振,光谱较宽;在使用光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的高反射腔镜和低反射腔镜的情况下,激光器都获得了2 m处的窄线宽输出,线宽受限于所使用的光纤光栅的反射带宽。     

半导体激光器端面抽运高功率高效Nd:YVO_4固体激光器

报道了一种光纤耦合半导体激光器端面抽运高功率高效Nd:YVO4固体激光器。在抽运功率为20W时获得了11W的TEM00模输出,光-光转换效率为55%;而抽运功率为12W时输出功率为7.1W,光-光转换效率为59%,斜效率达64%。在高抽运功率下测量了Nd:YVO4晶体的热透镜焦距,结果表明:得到有效冷却的低浓度和高质量的Nd:YVO4晶体,其热聚焦作用实际上相对很弱     

光纤激光器凸端面选模理论和实验研究

为了改善光纤激光器的输出光束特性,将光纤端面加工处理成近似凸球面。从实验上研究了光纤端面为凸球面时对光纤激光器输出光束质量和输出功率的影响。在考虑横向空间烧孔效应的速率方程的基础上,建立了光纤激光器端面选模的理论模型,并对凸端面选模方法进行了数值模拟。结果表明,采取凸端面作为光纤激光器的输出端可以提高输出激光的光束质量。     

基于DFB激光器的楔形截顶光纤微透镜耦合结构

为了解决分布式反馈激光器的光发射次模块耦合封装中存在最大耦合效率局限的问题, 采用楔形截顶光纤微透镜代替分立式透镜的直接耦合的方法, 得到斜面倾角0.6rad、耦合距离60μm、半宽度15μm的楔形截顶光纤端面模型。在此基础上与分立式和直接耦合进行对比, 讨论了纵向、横向和角度偏移误差。结果表明, 纵向耦合距离在-21.45μm~56.79μm, 角向耦合角度在-8.3°~8.5°, 耦合效率始终大于70%;结构整体容忍度较高, 耦合效率达84.40%。该研究可为下一代分布式反馈激光器的次发射模块耦合封装器件提供新的解决方案。     

4×10Gbit/s并行光模块串扰优化设计

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化,采用了ABCD传输矩阵法,结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论,设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性,利用MATLAB进行理论分析,模拟得出光斑半径与发散角的关系,并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模,优化结构中透镜参量以及光纤端面设计,进行了理论分析和实验验证,取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明,间接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为53.72μm,耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为3.695μm,耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。     

光纤倾斜耦合角度的快速精密图像测量

光纤与光芯片的上表面耦合的倾斜角度是影响光耦合效率的关键因素之一,针对传统角规测量法效率低、精度差和不稳定等问题,采用坐标系重构方法和图像处理技术实现了对光纤倾斜耦合角度的快速精密测量。首先,在常规图像角度测量的基础上引入棋盘靶标进行坐标系重构,降低了CCD在光学放大获取微小光纤的图像信息时光轴轻微转动引起的误差。然后,为了在降低噪声影响的同时保障光纤直线特征的检测精度,对比了Hough变换和图像细化两种提取光纤直线参数的算法,结合直线元素在投影面的三角关系获得了光纤倾斜角度。实验结果表明:基于Hough变换的直线提取算法误差在0.1,平均运算时间为0.370 s,实现了对微小尺寸下光纤倾斜耦合角度快速精确地测量。     

高能激光注入光纤导光锥耦合性能实验研究

提出了测试光纤导光锥耦合效率的试验方法,通过试验验证了光纤导光锥实现激光传导的可行性,同时在光纤入射角度为1°～5°、运动状态为静止及甩动的条件下,对光纤导光锥的耦合效率进行了实验研究。研究结果表明,光纤导光锥在入射角为1°～5°、光斑直径约为2mm时的激光耦合传输效率大于60%,入射光损伤耐受力低于100mJ。利用光纤导光锥实现高能激光的耦合导光,对于开展光电对抗内场仿真试验具有重要意义。     

激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式

基于光线追迹的方法建立了典型锥形多模光纤的传输模型,结合激光干扰设备激光的特点,模拟计算了激光在锥形多模光纤中的耦合效率和传输模式,并设计进行了光学实验。仿真和实验结果表明:高斯激光光斑经锥形多模光纤传输后为圆环形光斑;耦合效率随激光入射角的增大而减小,减小的速率随入射角的增大而减小。为解决圆环形光斑分布,提出了将输出端连接的圆柱形光纤弯曲一定角度的方法,该方法可以将光斑改善为二维正态分布的光斑,理论耦合效率近80%。该研究为激光干扰设备的干扰激光直接介入激光制导武器对抗半实物仿真系统提供了理论和实验支持。     

楔形微纳光纤能量分布特性研究

为了探究楔形端面对光纤传输特性的影响,采用COMSOL Multiphysics数值仿真软件,模拟研究了具有楔形端面的微纳光纤,数值计算了两根楔形微纳光纤的耦合效率,得到了单根楔形微纳光纤中的能量分布和两根光纤发生耦合时的耦合效率。结果表明,越靠近楔形微纳光纤的尖端位置,束缚在纤芯表面上的能量越多;沿着光场的传输方向,楔形区域中的能量密度先增大后减小;楔形端面处存在的菲涅耳反射对耦合效率有微小的影响,但不影响整体变化规律;轴向位移和径向位移的增大,都会使得耦合效率减小,而随着楔角的增大,耦合效率先减小后增大。对楔形微纳光纤的研究,将为其在光纤传感领域的应用打下基础。     

锥形光纤的结构与特性

通过理论分析和仿真试验,研究了锥形光纤的几何形状对锥形光纤的传输损耗和耦合效率的影响.用几何光学的分析方法,说明了光信号在锥形光纤中的传输损耗远低于同类型的圆柱形光纤;仿真试验研究了光源与光纤的相对位置、锥形光纤的尖端半径、锥形光纤的锥角大小对锥形光纤耦合效率的影响.     

An optimum approach for fabrication of tapered hemispherical-end fiber for laser module packaging

Comprehensive measurements of the dependence of coupling efficiency and radius of curvature on taper angle in a tapered hemispherical-end fiber (THEF) for coupling between laser diodes and single-mode fibers are presented. The THEF was fabricated by etching the fiber end in a hydrofloride (HF) solution with a thin layer of oil floating on top of the HF, and then heating in a fusion splicer to form a hemispherical end. The results show that THEFs with larger taper angles fabricated by greater oil density exhibit a smaller radius of curvature, and hence a better coupling efficiency. The results of this investigation have led to an optimum approach for high-yield and high-volume fabrication of THEFs that is suitable for use in commercial laser diode modules for efficient coupling between laser diodes and single-mode fibers. The calculation of the effect of oil density in HF etching solution on taper angle based on a semiempirical model is in good agreement with the measured results.     

用光线追迹法计算半锥形多模光纤的耦合效率

为了计算半锥形多模光纤和半导体激光器的耦合效率,并分析影响耦合效率的因素,在考虑光线在锥面上多次反射、反射损耗、透射损耗以及波导的耦合条件的情况下,采用改进后的光线追迹法计算了不同锥角或不同锥长、以及两者发生相对平移或倾斜的情况下,无包层半锥形多模光纤和半导体激光器之间的耦合效率.模拟结果表明,当半锥宽度取适当值时,锥角对耦合效率的影响弱化了;耦合效率对相对平移比较敏感,而对相对倾斜有着很高的冗余度.这对实际工作中提高耦合效率具有指导意义.