半导体激光器和光纤的耦合系统设计

本文提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤对半导体激光器的输出光束进行准直整形;用半球端光纤对准直后的光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合。研究表明,采用该方法后的耦合效率在80.0%左右。该耦合系统制作简单,调试和封装方便,且工艺稳定,因而在各种半导体激光器和光纤耦合方面具有广泛的应用前景。     

808 nm大功率半导体激光器光纤耦合模块系统

根据808 nm大功率半导体激光列阵(LDA)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808 nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400 μm的光纤,实现了30 W的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(NA)为0.22.通过分析其输出光斑和输出曲线,表明LDA与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用.     

光纤熔锥相向注入二极管激光器

讨论了光纤熔锥耦合外腔法改善二极管激光列阵光束质量的特点。采用多模光纤熔锥方法实现了两个半导体激光器(LD)之间的互注入。单模半导体激光器与光纤之间采用直接耦合的方法,耦合后两光纤输出功率都为5mW。互注入后LD1的波长由656.2nm变为657.2nm,光纤输出功率降为3mW,LD2波长由658.8nm变为658.2nm,光纤输出功率降为2.9mW。光纤熔锥时相向放置,激光束可直接进入对方谐振腔,不需再使用外腔反馈镜。     

一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用技术

文中提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤代替柱透镜对半导体激光器输出光束进行准直整形;用半球端光纤对光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合,来代替聚焦透镜和光纤耦合的环节。研究表明:采用该方法耦合效率在80. 0%左右,同时最大程度解决了使用柱透镜和聚焦透镜的组合透镜耦合系统时存在的调试与封装困难的问题,且工艺稳定,因而有着广泛的应用前景。     

半导体环形腔激光器输出特性理论与实验

首先导出了光纤环形腔半导体激光器中光子数密度的解析表达式后,分别从理论和实验上研究了阈值电流、输出功率和光纤耦合比之间的依赖关系。结果表明,阈值电流与光纤耦合比的对数满足线性关系;同时,在特定的偏置电流下,存在一个最佳的光纤耦合比使输出功率为最大。这将对于环形腔半导体激光器的理论研究和优化器件结构有所裨益。     

高功率光纤激光器实现相干耦合输出

多个高功率光纤激光器组成的激光列阵具有实现几万甚至几十万瓦的功率输出的潜力 ,从而提供了意义十分重大的军事用途。实际上 ,高功率光纤激光器作为激光武器在美国、德国等西方发达国家业已浮出水面 ,并都在紧锣密鼓地测试实验。在美国新墨西哥洲Albuquerque市管制能量专业学会 (DEPS)主办的梅固态和半导体激光技术审验室里 ,由来自NorthropGrumman航空技术研究所的研究人员对由 7个光纤激光器组成的、基于多个掺镱保偏单模光纤放大器的激光器列阵示范了该所取得的重大突破。这些单个输出 1 5 5W的光纤激光器曾经是相干激光耦合设计的…     

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.     

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     

半导体激光列阵的高功率高亮度光纤耦合技术

设计了一种可同时实现高功率和高亮度激光输出的简单有效的光纤耦合技术.首先借助光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换,从而有效提高半导体激光列阵输出光束的对称性;然后通过微透镜将光纤列阵输出的圆对称光束耦合进入一根较细的光纤,以进一步压缩光斑直径并提高光束亮度.基于几何光学的理论分析表明;在合适的参数条件下,直径为1.3 mm的光纤列阵输出光束与直径为0.4 mm的单根光纤的耦合效率可达90%以上,即在功率损耗低于10%情况下,激光束的亮度提高了近9倍.     

掺镱多模双包层光纤激光器弯曲选模研究

为了使大芯径多模双包层光纤激光器实现基模输出以抑制高功率双层光纤激光器中的非线性效应,采用将大芯径的多模双包层光纤适当弯曲进行选模使双包层光纤激光器获得单模激光输出的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了大芯径多模双包层光纤内包层折射率、纤芯半径、光纤内传输信号光波长、光纤弯曲半径等因素对弯曲损耗及激光器输出光场模式影响的数据,并采用国产掺镱多模双包层光纤进行了弯曲选模实验,实现了多模光纤激光器的单模输出.结果表明,激光器最大输出功率达9W,斜率效率达17.3%,输出为基模.这一结果对大芯径多模双包层光纤激光器的选模是有帮助的.     

基于微透镜阵列的高效率光纤耦合系统设计

光纤耦合是半导体激光器集成光源进一步改善输出光束质量和远距离传输的重要手段。然而,由于半导体激光器单管体积和散热的限制,合成后激光光源的输出光束光参量积仍较大,不利于与单根多模光纤的耦合;直接与光纤束耦合又受到光纤束填充比的限制。针对多个半导体激光器单管集成的光源,采用倒置前端光学放大系统,对合成光束直径进行压缩;并采用六方排列的微透镜阵列作为耦合元件,使其光瞳成像在光纤端面,从而实现微透镜与光纤的一对一耦合,得到理论无损耗的高效光纤耦合系统。为了改善光场边缘像差影响,采用空心光管进一步匀化光场分布,且减小了边缘光线的发散角,提高了边缘光线的成像质量,优化后的系统耦合效率达98%。这一系统利用微透镜阵列将光束分束、成像,克服了集成光源输出光束光参量积较大不易与单根光纤耦合的缺点;通过使微透镜的入瞳成像在光纤端面,且光纤束的排列与微透镜阵列排列相同,提高了光束与光纤束的耦合效率。     

楔形光纤排与半导体激光器耦合技术研究

首先从半导体激光器列阵的发光特性出发,利用楔形光纤排对大功率半导体激光器列阵光束进行耦合,最后得到一只含有19个纤芯,每个纤芯为200μm,数值孔径为0.12的大功率半导体激光器光纤耦合模块,输出功率为32.48W, 耦合效率为81.2%.     

974nm半导体激光器的光纤耦合研究

根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44μm,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。     

33 W半导体激光器列阵光纤耦合模块

利用光纤柱透镜和光束转换装置压缩半导体激光器列阵（LDA）的发散角，然后通过聚焦透镜将激光束耦合入芯径为400μm的微球透镜光纤。LDA与光纤耦合输出后，实现33W的高出纤功率，最高耦合效率大于80％，光纤的数值孔径（NA）为0．22。     

高功率半导体激光器列阵光纤耦合模块

根据大功率半导体激光二极管列阵与光纤列阵耦舍方式。分别从理论和实验两方面讨论、分析了大功率半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵耦舍。将19根芯径均为200μm的光纤的端面分别熔融拉锥成具有相同直径的微球透镜，利用V形槽精密排列，排列周期等于激光二极管列阵各发光单元的周期。将微球透镜光纤列阵直接对准半导体激光二极管列阵的19个发光单元，精密调节两者之间的距离．使耦合输出功率达到最大。半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵直接耦合后，不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角，有效地实现了对激光束的整形、压缩，而且实现30w的高输出功率，最大耦舍效率大于80％，光纤的数值孔径为0．16。     

弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器特性研究

分析了弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器的工作原理 ,将反馈作用等效为光子寿命的改变 ,利用激光器简化多模速率方程理论计算了外腔激光器输出功率和边模抑制比随光栅反射率的变化关系 ,得出外腔激光器存在光栅最佳反射率的结论。并对用不同反射率光栅作外腔的半导体激光器进行了实验比较 ,对此结论进行了验证。实验中获得了边模抑制比达 2 5dB的单模输出     

高功率半导体激光器列阵光纤耦合模块

根据大功率半导体激光二极管列阵与光纤列阵耦合方式, 分别从理论和实验两方面讨论、分析了大功率半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵耦合。将19 根芯径均为200 μm 的光纤的端面分别熔融拉锥成具有相同直径的微球透镜, 利用V 形槽精密排列, 排列周期等于激光二极管列阵各发光单元的周期。将微球透镜光纤列阵直接对准半导体激光二极管列阵的19 个发光单元, 精密调节两者之间的距离, 使耦合输出功率达到最大。半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵直接耦合后, 不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角, 有效地实现了对激光束的整形、压缩, 而且实现30 W 的高输出功率, 最大耦合效率大于80%, 光纤的数值孔径为0.16。     

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.