光纤耦合模块中光纤焊接技术的研究

大功率半导体激光器列阵的光纤耦合模块对光纤焊接的要求很高,在焊接中不希望用有机粘接剂和有助焊剂的金属焊膏,有机物在激光器工作时挥发出有机物质.这些有机物会污染激光器腔面,致使激光器工作时腔面温度很高.附着在腔面的有机物就会碳化,影响激光器的出光,并且还会导致激光器烧毁.提出用电场辅助焊接的方法,使光纤在硅片的V型槽中固定,取得了良好效果,在焊接中不使用助焊剂,不使用有机粘接剂,减少了激光器腔面的污染,从而延长了半导体激光器光纤耦合模块的寿命.测试结果表明,其剪切力最大可达35 MPa.     

半导体增益芯片与微透镜光纤耦合效率研究

光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式,光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大.为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响,寻找最佳微透镜类型,指导器件的设计和装配,分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角,利用ZEMAX软件进行模拟仿真,得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图.结果表明,锥形光纤透镜耦合效果更好,更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器.     

光纤外腔对半导体激光器发光特性的影响

1.半导体激光器的张弛振荡、自脉动等光强起伏现象,以及用于光通信系统时,由光纤端面或光盘反射所引起的噪声对高速光通信的应用影响较大。为了抑制光强起伏,近年来外腔半导体激光器得到了较大发展。许多实验证明:外腔不仅能抑制张弛振荡和自脉动等光强起伏现象,而且还有很好的选模作用。甚至用外腔还做出了可调谐的单频激光器。这里,我们将一段光纤耦合到激光器上,利用光纤端面的反射形成光反馈作成了光纤外腔。 2.实验用的激光器是GaAlAs DH激光器,波长约为820nm,结构是质子轰击条形。用作耦合的光纤是标准的多模梯度光纤,芯径为50μm,数值孔径为0.2。激光器被烧焊在一个梯形的热沉上,其出光面直接与光纤耦合(见图1)。光纤的耦合端做成了球面,而另一端则做成平面,光反馈就是由此面反射形成的。光纤耦合端距激光器的距离约为50μm,     

500W光纤耦合半导体激光模块

针对半导体激光器在工业领域的应用和光纤耦合可以实现柔性传输的特点,设计了光纤耦合半导体激光模块。采用光束整形技术、空间合束、偏振合束和光纤耦合等技术,将两组共10个整形后的半导体标准阵列进行合束,扩束后耦合入芯径400m、数值孔径0.22的镀增透膜光纤。在工作电流70 A时,光纤耦合前功率为545 W,光纤耦合后功率为518 W,光纤耦合效率高于95%,得到很高的光纤耦合效率,电光转换效率为43%,为下一步千瓦级光纤耦合半导体激光器的制备奠定了基础。     

光纤耦合半导体激光的焊接性能

为了拓展半导体激光器在激光加工领域的应用范围,使其能够应用到厚板金属材料的焊接中,采用了Laserline公司研制的LDF4000-40光纤耦合半导体激光焊接系统,研究了其厚板SUS304奥氏体不锈钢的焊接性能。实验结果表明,其厚板SUS304奥氏体不锈钢焊接过程中完全能够形成匙孔效应,具有较强的穿透能力;相比于同等工作条件下的光纤激光,其焊接熔深有所减小,而焊接熔宽有所增加;焊缝成型及焊接过程稳定性要优于光纤激光,飞溅量明显小于光纤激光。由此证实了光纤耦合半导体激光器完全可以用于厚板金属材料的焊接。     

光纤光栅外腔半导体激光器的实验研究

利用光纤光栅作为选频元件的外腔半导体激光器具有波长稳定性和可控性好等优点。报道了该激光器的关键工艺 ,主要是光纤光栅制备、芯片的腔面增透和光纤耦合封装等。报道了初步的实验结果。     

高功率793 nm半导体激光器

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求,研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构,降低了模式损耗,波导采用无铝的GaInP材料,结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化,研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A,在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块,耦合至100 μm NA.0.22光纤中,输出功率为40 W@7A,电-光效率为49.5%@40 W。     

高亮度半导体激光器泵浦光纤耦合模块

采用一种阶梯排列结构的单管激光器合束技术制成了高亮度半导体激光器光纤耦合模块,可用于泵浦掺Yb3+大模场双包层光纤激光器。利用微透镜组对各单管半导体激光器进行快慢轴准直,在快轴方向实现光束叠加,然后通过两组消球差设计的柱面透镜组分别对合成光束快慢轴方向进行聚焦,耦合进入光纤。实验中将6只输出功率为6 W 的976 nm单管半导体激光器输出光束耦合进芯径为105 m、数值孔径为0.15的光纤中,当工作电流为6.2 A 时,光纤输出功率达29.0 W,光纤耦合效率达到80.1%,亮度超过4.74 MW/cm2-str。     

全金属化耦合封装的大功率半导体激光器模块

大功率半导体激光器模块对耦合封装工艺要求较高,耦合封装工艺直接影响模块的可靠性。采用金属化楔形微透镜光纤与大功率半导体激光器对准耦合,耦合效率达到87%;采用激光焊接定位的方式对大功率半导体激光器与楔形微透镜光纤进行耦合固定,实现了大功率半导体激光器模块的全金属化封装。通过环境考核试验证明,模块储存温度达到-60～120℃,能够满足许多特殊环境对半导体激光器模块的要求。     

800～1500nm光纤耦合多模泵浦模块与宽接触半导体激光器的进展

介绍了波长为8xxnm,9xxnm和14xxnm的光纤耦合泵浦模块与宽接触半导体激光器的最新进展。发射波长808nm,出光孔径为200μm的宽接触半导体激光器,连续输出功率11W,脉冲输出功率30W,可以被直接使用。应用于打印领域、发射波长830nm的泵浦模块展现了优良的特性,在连续功率为1W时,功率稳定范围为2%,95%的功率可以耦合到数值孔径为0.12,芯径为50μm的光纤中。发射波长为808nm,应用于泵浦的宽接触半导体激光器最高功率为18W,电光转换效率为64%。9xxnm泵浦模块的其中一项改进是内置反馈保护（在1060nm时〉30dB）,由此可以保证光纤激光器的峰值功率在千瓦以上时,该模块可以安全运行。对于出光孔径100μm,发射波长为14xxnm的宽接触半导体激光器,输出功率为3W,斜率效率0.64W/A,电光转换效率46%。     

光纤在舰载激光主动干扰系统中的应用

以舰载激光器的应用为立足点,将光纤应用于激光器中,使用光纤束耦合传输脉冲氙灯改进了原有激光器的泵浦方式。激光光纤传输具有轻便易于布设的优点。实验结果证明了脉冲氙灯光纤耦合泵浦方式是可行的,此方案可研制出更轻便的激光发射天线以满足装舰需要。     

半导体激光二极管的光纤耦合技术

将半导体激光二级管（LD）发出的光更高效地注入到光纤中是光纤激光器与光纤放大器研究的先决条件.半导体激光二级管包括二极管单管、条形巴、二维堆栈和二极管阵列等,其各自的耦合技术之间有联系也有区别.分析介绍了有代表性的柱状楔形法、V型槽法、微透镜法等二极管单管与光纤的耦合技术;光纤束耦合法、光束整形法等二极管条形巴与光纤的耦合技术;以及二极管二维堆栈和二极管阵列与光纤的耦合技术等各种光纤耦合技术,比较了这些方法之间的共通点,供今后的研究人员选择和参考.     

用于布里渊分布式光纤传感的光学锁频系统

报道了一种用于布里渊分布式光纤传感器(DOFS)的高稳定光学锁频系统。一台波长为1550nm的半导体分布反馈(DFB)激光器作为主激光器用于光纤传感探测,另一台同样的激光器作为从激光器,采用光学锁相的方法将其与主激光器进行频率跟踪,使主激光器与从激光器频率差恒定为11GHz。利用该光源搭建基于自发布里渊的分布式光纤传感系统(BOTDR),可以有效地实现宽带移频,使得探测解调频率降低到百兆赫兹量级,大大降低了探测的噪声,并且降低了BOTDR系统成本。结果表明,采用此光源方案的频率波动范围为±1MHz。     

光纤混沌双向保密通信系统研究

本文提出光纤混沌双向保密通信设想,通过耦合光注入半导体激光器激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双向通信系统模型,数值实现了该系统在长距离光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了系统传输的非线性相移.数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0.5GHz混沌模拟通信和数字信号调制速率0.4Gbit/s以及20Gbit/s的混沌数字通信以及调制速率0.05Gbit/s 混沌键控通信的应用,计算出光纤混沌数字通信速率和同步误差等关系,还特别分析了系统解码特性和调制带宽,表明系统具有非常好的保密性能和具有高速率通信的能力.光纤混沌双向保密通信是可以实现的.     

光纤激光器及其泵浦源设计

光纤激光器在光通信、传感技术、医疗、工业加工等领域有着广泛的应用,是未来非常重要的激光光源。本文简要介绍了光纤激光器的原理及特点,并给出了一种环形腔光纤激光器的结构。随后介绍了光纤激光器泵浦源驱动电路的设计方案。     

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。     

Optical feedback-induced noise in pigtailed laser diode modules

The sensitivity of commercially available pigtailed laser diode modules to optical feedback, in terms of laser relative intensity noise, is investigated. A pigtailed laser diode model which is based on multimode rate equations, Langevin operators, and optical feedback terms in used to predict that operation in the coherence collapse region can be avoided in high-speed, short-haul, optical data links by trading off optical launch power into the pigtail with decreased laser/fiber coupling efficiency. Experimental results for three pigtailed laser diode modules indicate that with a laser/fiber coupling efficiency of 4%, an external feedback level of between -15 and -17 dB can be tolerated before the laser enters the coherence collapse region. Good correlation between these results and predictions from the numerical model is obtained.<>     

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     

光纤激光器

近年来光纤激光器得到了迅速发展。本文简要介绍了光纤激光器的基本原理和特点，并对其进行了较为详细的分类。最后指出了光纤激光器在光通信、工业加工、医疗等领域的应用及其未来的发展方向。     

大功率固体激光器高效率光纤耦合

光束质量参数对大功率固体激光器光纤耦合系统的设计起着关键作用。大功率固体激光器输出的为多模激光束,引入等效基模光束来计算多模激光束的光束质量是一种有效的方法,并定义包含光斑能量98%的光斑半径为束宽,以此计算多模激光束的光束质量,是准确有效的。结合大功率固体激光器的光纤耦合原理和光束变换理论设计了高效耦合系统,并对系统内透镜的通光孔径及焦距等参量做了数值优化。实验证明,此光纤耦合系统能够进行大功率固体激光高效率耦合,成功地实现了输入功率为2000W时,耦合效率大于94%的激光输出,并给出了光纤耦合的效率曲线及分析。