微透镜光纤在半导体激光器中的应用研究

对几种典型的半导体激光器与光纤的耦合特性进行分析,提出提高耦合效率所采用的微透镜光纤的结构.介绍熔拉型、化学蚀刻型、研磨抛光型、切削型、自聚焦光纤型和铸模型等微透镜光纤的制作原理和工艺以及目前达到的指标,并对各种形式的透镜光纤进行了评价.提出了提高耦合效率和失调容差、降低插损的新思路.     

透镜光纤在光耦合中的应用研究

介绍了研磨抛光型、蚀刻型和熔拉型透镜光纤的原理和制作工艺,分析了各种透镜光纤在单模光纤与激光二极管(LD)、光开关、DWDM等波导芯片耦合中的作用和意义,详细讨论了楔形和锥形透镜光纤与LD耦合原理、插入损耗以及如何增大耦合容差,对有源器件和单模光纤的调节耦合和封装具有指导作用。     

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。     

平端光纤与锥端微透镜光纤的耦合研究

建立了平端光纤与锥端微透镜光纤对耦合的理论模型,得到耦合系数的计算公式.用研磨技术制作了几种不同锥角的光纤,并对它们进行耦合试验,得到最大耦合效率.实验表明实验结果与理论计算结果是一致的.     

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。     

多模光纤到单模光纤耦合效率的研究分析

由于多模光纤的纤芯直径远大于单模光纤的纤芯直径,且多模先纤的数值孔径也大于单模光纤的数值孔径,因此多单模转换效率极低.为了提高多模光纤到单模光纤的耦合效率,采用自聚焦透镜对从多模光纤出射的光束进行汇聚,使其半径大小尽量与单模光纤的芯径大小相匹配,然后再利用球透镜来减小被汇聚过的光束的发散角,在不考虑各种连接损耗的前提下,通过ZEMAX来求解多模光纤到单模先纤的耦合效率.采用这种新型组合透镜耦合的方法可以极大提高多单模耦合的耦合效率,其最高耦合效率可达到38.7%.因此,这种组合透镜法是可行的.     

基于热扩芯光纤的光纤准直器特性研究

为了提高光纤和光器件之间的耦合效率,设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现,热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关,热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器,横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器,并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较,结果表明实验数据与理论吻合较好,说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。     

基于ZEMAX单模大光束光纤准直透镜信号耦合分析

针对光纤连接器核心部件之一光纤准直透镜信号精密耦合问题,采用双合透镜设计了一种单模大光束光纤连接器.通过分析双合透镜特性、光纤准直器阵列中的多光学器件耦合机理和准直透镜间的3种耦合偏差引起的传输损耗,推导出该耦合系统的传输损耗公式.基于MATLAB分析得到:角向失配对准直器的耦合损耗影响最大,轴向失配影响最小.利用光学仿真软件ZEMAX在序列和混合模式下对连接器进行模拟,用Origin绘制出不同失配情况下信号耦合效率曲线,结果表明单模光纤芯径为12 μm时,耦合效率达到92.42％.最后通过光学平台搭建实验系统,验证了仿真结果的准确性.     

耦合型光纤超声传感器实验研究

提出了一种用于超声信号测量的耦合型光纤超声传感器并讨论了其工作原理.采用耦合型光纤超声传感器、光电转换控制电路和高分辨率的信号处理软件组建了超声信号检测系统.通过对150 kHz的连续超声信号、脉冲超声信号的测量试验,对耦合型光纤超声传感器的性能进行了检验,实验结果与压电超声传感器的测量结果相吻合,同时研究了光纤超声传感器对不同方向信号的响应特性.实验证明,耦合型光纤超声传感器适用于超声信号的测量.     

用GRIN透镜斐索干涉仪检测光纤端面的质量

采用梯度折射率 (GRIN)透镜干涉仪 ,对用加热、切割和研磨三种方法获得的平面光纤端面进行质量检测 ,得到反映端面不同平整度的干涉图样。实验结果表明 ,GRIN透镜干涉仪结构简单 ,操作方便 ,可作为定性和定量检测光纤端面质量的一种新工具。     

Characteristics of High-power GaAs Laser Beams and Their Coupling with Fibers

The beams of 980nm high-power LDs are analyzed, and the reasons that aspect ratio of LD beams is high are explained. It is certified by the test that cylindrical lens can efficiently compress the perpendicular divergence angle of the beam. Some typical and popular lensed fibers were compared and analyzed according to coupling characteristics. The factors which affect the coupling efficiency and tolerance of the wedged-shaped GRIN tipped lensed fiber are pointed out, and some methods to reduce the coupling loss of the lensed fibers are proposed finally.     

自聚焦棒耦合性能的分析

本文采用光线光学的原理分析了自聚焦棒（ＧＲＩＮ）的光学性能，在折射率分布为抛物线近似的条件下，推导出较为简单的ＧＲＩＮ中的光线轨迹方程，并实验测量了ＧＲＩＮ的耦合效率，从而由理论和实验两方面讨论ＧＲＩＮ的聚焦特性。     

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。     

A dual-fiber optical rotary joint

A dual-fiber low-loss bidirectional optical rotary joint has been developed. It employs GRIN lenses and rhomboid prisms to couple optical signals from two rotating optical fibers to two stationary optical fibers. This optical joint features low coupling loss, small rotational variation, electrically passive operation, wide bandwidth, and bidirectional transmission capability. The operation principles and fabrication procedures are discussed.     

Design and characteristics of a branching component for bunched optical fiber using two graded-index rod lenses

An optical branching component is proposed for coupling bunched optical fiber to mono-core optical fibers and the component loss and crosstalk characteristics are investigated. The component is constructed with two graded-index (GRIN) rod lenses for matching different parameters between bunched and mono-core optical fibers. The method of analyzing mismatching and misalignment losses is based on geometrical optics. Measured losses are found to be in agreement with the calculated results and demonstrate that bunched optical fibers can be branched with low loss. Crosstalk measurements show that crosstalk attenuation greater than 30 dB can be easily maintained in the component.     

LD光束经自聚焦透镜变换后的特性研究

通过两种方法对二极管经过自聚焦透镜的光束变换规律进行了分析，利用计算机模拟了自聚焦透镜的输出端沿轴线任一点的光斑形状，从而给出了自聚焦透镜输出光束的特性，并讨论了它对二极管端面泵浦耦合光学系统效率的影响。     

光通信用自聚焦透镜耦合损耗的研究

针对单模光纤与自聚焦透镜（GRIN）的耦合,基于光学矩阵和高斯光学耦合损耗的理论,建立了计算耦合损耗的数学模型。利用这一模型分析了单模光纤与GRIN耦合时透镜的长度、离轴偏差及角度偏差等因素对耦合损耗的影响,得到了相应的规律性曲线。这对于自聚焦透镜系统成像理论的进一步研究和光纤通信耦合设计具有重要的意义。     

高斯光束在光纤间的透镜耦合

高斯光束在光纤间的透镜耦合是耦合方式中较为常用的一种。首先指出高斯光束在光纤间利用透镜耦合的基本要求，然后通过归一化高斯光束的成像规律进行数值计算，分析了多个因素对于耦合的影响，得到透镜及整个耦合系统参数选择的一般性结论。最后给出一个耦合实例证明该方法的可行性。