高速光探测器模块中的耦合理论和模拟

高速光器件的封装工艺中,光耦合占据重要的地位.文中针对一种高速光探测器中常用的光耦合方式——倾斜端面光纤到倒装芯片的耦合,提出了光纤耦合的柱透镜光学模型,并通过理论和光学软件模拟了各种封装工艺条件对耦合效率的影响.模拟结果显示,耦合效率的大小由光纤位置、芯片透镜尺寸和激光光源光斑形状共同决定.     

高速光探测器模块中的耦合理论和模拟

高速光器件的封装工艺中,光耦合占据重要的地位.文中针对一种高速光探测器中常用的光耦合方式——倾斜端面光纤到倒装芯片的耦合,提出了光纤耦合的柱透镜光学模型,并通过理论和光学软件模拟了各种封装工艺条件对耦合效率的影响.模拟结果显示,耦合效率的大小由光纤位置、芯片透镜尺寸和激光光源光斑形状共同决定.     

屏蔽式LD活动耦合器

本文介绍了一种带有自聚焦透镜的屏蔽式LD活动耦合器。给出了LD耦合器的设计要点,其中包括了耦合光路的计算和结构设计,也给出了耦合效率的测量结果。由于LD耦合器采用了自聚焦透镜,耦合效率可达40～50％。所使用的光纤是标准渐变型光纤(芯径/包层直径为50/125μm,NA=0.2)。     

自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析

根据电磁场模场匹配理论,分析了自由空间光-布拉格光纤的耦合效率.通过对空间光-布拉格光纤耦合效率的计算可以知道,耦合效率与布拉格光纤纤芯半径、焦点光斑光腰半径和纤芯波矢有关.通过优化合理选择空间光聚焦后光腰半径与布拉格光纤纤芯半径以及纤芯波矢可以有效提高耦合效率.本文还对外界振动造成耦合透镜与布拉格光纤对接不正而对空间光-布拉格光纤耦合效率影响进行了分析.这对光纤激光雷达系统以及空间光通信系统的空间光-布拉格光纤耦合效率分析具有极其重要的参考价值.     

用微型全息透镜作单模光纤的最佳耦合

提出微型全息透镜（MHLs）可作为光网络系统中半导体激光器与光纤、波导等之间的外耦合器，合理设计制作的MHLs能代替一个复杂的光学系统进行耦合，初步的光纤耦合实验得到其耦合效率比直接耦合提高了1倍多。并且提出MHLs还可与垂直腔表面发射激光器（VCSEL）组合成自准直集成系统。文中给出了理论分析、实验方法、实验结果和进一步的改进建议。     

自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析

根据电磁场模场匹配理论,分析了自由空间光-布拉格光纤的耦合效率。通过对空间光-布拉格光纤耦合效率的计算可以知道,耦合效率与布拉格光纤纤芯半径、焦点光斑光腰半径和纤芯波矢有关。通过优化合理选择空间光聚焦后光腰半径与布拉格光纤纤芯半径以及纤芯波矢可以有效提高耦合效率。本文还对外界振动造成耦合透镜与布拉格光纤对接不正而对空间光-布拉格光纤耦合效率影响进行了分析。这对光纤激光雷达系统以及空间光通信系统的空间光-布拉格光纤耦合效率分析具有极其重要的参考价值。     

半导体激光器阵列耦合系统透镜导管的效率研究

为了将透镜导管应用于激光二极管阵列耦合系统,利用镜像法得到了耦合效率与透镜导管参量之间的关系,即透镜导管长度、曲率半径、输出面边长和快轴发散角均影响透镜导管耦合效率;分析了不同尺寸的半导体激光器面阵耦合到不同尺寸的激光棒中的耦合效率.结果表明,半导体激光器阵列及激光棒的尺寸对耦合效率有一定影响.所得结论为透镜导管的设计...     

环形腔Er3 /Yb3 共掺双包层光纤激光器

采用输出波长为975nm的LD通过锥形光纤束耦合器(TFB)泵浦15m长的Er^3 ／Yb^3 共掺双包层光纤(EYDF)，实现了全光纤型环形腔EYDF激光器。实验中，尝试了不同耦合比的耦合器作为该激光器的输出耦合器，当输出耦合比为99％时，得到了最佳实验结果：激光波长为1565．8nm，输出功率为1．07W，斜率效率为40％，光一光转换效率达30．5％。     

光纤耦合器中光孤子传输的仿真研究

光纤耦合器因其在光纤通信中的广泛应用而得到深入研究。文中在分析了光脉冲耦合器中光孤子传输特性的基础上,给出了求解光脉冲在N芯光纤耦合器中传输信号的耦合模方程组的对称分步傅里叶解法,同时给出了采用此方法将光脉冲在双芯和三芯耦合器中进行传输演化的仿真结果。     

基于楔形微透镜补偿半导体激光阵列指向偏差

针对半导体激光阵列的发光单元指向性偏差导致快轴光束质量显著劣化的现象,研究了发光单元指向性偏差对快轴光束质量的影响,提出了一种利用微光学元件补偿发光单元指向性偏差的方法,设计了一种楔形微透镜阵列,可实现单个bar条的光束耦合进芯径200μm、NA=02的光纤。模拟计算结果表明,楔形微透镜阵列的补偿作用可使半导体激光阵列快轴方向的光参数积由6424mm·mrad下降到5814mm·mrad,光纤耦合效率达到956,相比补偿前提高了104。为降低工艺难度,采用分类补偿的方法,模拟光纤耦合效率达到915。考虑到工业应用,采用由三片楔形透镜组成的透镜组对分类后的发光单元光束分别进行补偿,测量得到的光纤耦合效率为904,比补偿光束指向性之前的耦合效率提高了约7。     

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。     

大模场双包层光纤熔接的功率对准技术研究

为了提高高功率光纤激光器中大模场双包层光纤的熔接质量,采用NUFERN 20/400μm双包层光纤搭建了光功率对准系统,对大模场双包层光纤中存在包层光以及纤芯中只有基模和存在高阶模时光纤径向偏移与耦合效率的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明,大模场双包层光纤中包层光和纤芯中高阶模的存在使耦合效率对径向偏移变化的敏感度降低,滤除包层光和高阶模后耦合效率随光纤径向偏移量呈高斯型变化; 使用光功率对准系统搭建千瓦级双端抽运激光系统,最大输出功率约1170W,光光转换效率约73%,光束质量约1.22,实现了千瓦级准单模输出。光功率对准技术能够实现待熔光纤的精确对准,对高功率光纤激光器输出性能的提升有重要意义。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

集群像素激光三维成像雷达能量利用效率分析与研究

激光三维成像雷达技术在近十几年得到了飞速发展,各种新激光雷达体制在新技术的刺激下也日渐成熟.集群像素激光三维成像雷达技术是新型体制的典型代表,其具有用少量探测器就能实现大规模像素阵列探测的能力,并且在相同能量条件下能获取到更高信噪比的回波信号.研究了集群像素激光三维成像雷达的雷达方程,分析了发射系统与接收系统能量利用效...     

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。     

Design of 20 W fiber-coupled green laser diode by Zemax

We represent a design of a 20 W, fiber-coupled diode laser module based on 26 single emitters at 520 nm. The module can produce more than 20 W output power from a standard fiber with core diameter of 400 μm and numerical aperture (NA) of 0.22. To achieve a 20 W laser beam, the spatial beam combination and polarization beam combination by polarization beam splitter are used to combine output of 26 single emitters into a single beam, and then an aspheric lens is used to couple the combined beam into an optical fiber. The simulation shows that the total coupling efficiency is more than 95%.     

基于偏振复用技术的激光二极管光纤耦合方法

光纤耦合输出的高功率激光二极管(LD)模块作为光纤激光器的抽运源已经得到了广泛应用。为了进一步提高光纤耦合激光二极管输出功率,提出了利用激光二极管输出光束的线偏振特性,采用偏振复用技术,将两只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦的光纤耦合方法。利用光线追迹法,分析了圆柱透镜对激光二极管发散光束的准直特性,并讨论了柱透镜的安装距离对准直性能的影响。根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜组。采用这种方法将两只输出波长为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4.5 A时,光纤激光连续输出功率为6.36 W,耦合效率大于78%。     

Design and Characterization of Taper Coupler for Effective Laser and Single-Mode Fiber Coupling With Large Tolerance

A new method of coupling the light from a laser diode (LD) to a single-mode fiber with large alignment tolerances and without using any coupling lens is presented. A pseudovertical tapered coupler on silicon substrate which has an input aperture of about 100 times the size of the laser waveguide cross section is designed. Results showed that the coupler relaxes the LD placement tolerance and eliminates the use of a coupling lens. The positional tolerance between the LD and taper coupler can be larger than +/- 5 mu m in the xy plane, and +/-1 ^deg in orientation.     

Laser-to-fiber coupling via optical fiber up-tapers

A method for coupling single-mode fiber to laser diodes with high efficiency and greatly reduced alignment sensitivities is discussed. It consists of a spherical ruby lens and a single-mode optical fiber up-taper. Using a double-channel planar buried heterostructure (DCPBH) laser, more than 60% of the light from the lens is coupled into a single-mode fiber via the taper. The lateral and axial tolerances of the lens-taper arrangement are reduced by factors of 20 and 1000 times, respectively, compared with laser coupling to a lensed single-mode fiber. These relaxed alignment tolerances have the potential to allow the taper to interface with a hermetically-sealed laser-lens package via a window and a connector on the package exterior     

Novel intelligent automation method for out-of-plane fiber-laser alignment in the presence of initial nonplanar misalignments: three-point approach

A novel and cost-effective method is developed for the roll alignment automation for out-of-plane coupling between a laser and an angled facet single-mode fiber. The method is based on an approximated closed-form analytical formula for the functional dependence of out-of-plane laser-fiber coupling efficiency on relative rotational angle between fiber and laser. In this method, only three measurements are needed to locate maximum optical power coupling position in the presence of initial fiber-laser relative rotational angular misalignments. This intelligent searching method can easily be incorporated into any conventional fiber-optic alignment optimization algorithms and is sufficiently general for alignment automation of even more complicated out-of-plane fiber-optic alignment in the presence of initial nonplanar misalignments.