半导体激光器和光纤的耦合

第２９卷第２期煤炭技术Ｖ０１．２９，Ｎｏ．０２２０１０年２月Ｃｏａｌ

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半导体激光器和光纤的耦合

高树理

（西安建筑科技大学理学院，西安７１００５５）

摘要：半导体激光器与光纤的耦合是提高ＥＤＦＡ性能的关键技术之一，论文详细分析光纤与半导体激光器耦合的

各种方法，最后总结出了提高耦合效率的研究方向。

关键词：光纤；半导体激光器；耦合效率

中图分类号：ＴＮ２４８文献标识码：Ａ文章编号：１００８—８７２５（２０１０）０２—００２８—０３

ＣｏｕｐｌｉｎｇｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅｒｗｉｔｈＦｉｂｅｒ

ＧＡ０Ｓｈｕ—ｌｉ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉ７ａ／ｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５５。Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｗｉｔｈｆｉｂｅｒｉｓａｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｏｂｔａｉｎＥＤＦＡｗｉｔｈｈｉｇｈｐｅｆｆｏｒ－

ｍａｎｃｅ．Ｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｗｉｔｈｆｉｂｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｒｅ—

ｓｅａｒｃｈｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｔｌａｓｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒ；ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ；ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｏ引言夏霁芝篙粪害鬈端，嘉雾喾雾瓣

近年来，半导体激光器与光纤的耦合技术得到即直接耦合与间接耦合。因为ＬＤ和平面光纤的耦

在此基础上，对多周期同步测频技术的原理及其误

差进行了详细分析。由于多周期同步测频技术的测

量精度与被测信号的频率无关，实现了整个测量频

段内的等精度测量，消除了Ｍ法中对被测脉冲信号

的计数量化误差，克服了Ｍ／Ｔ法中高低频两端精度

高而中界频率附近测量误差最大的缺陷。提出了基

于ＡＴ８９Ｃ５２实现多周期同步测频方法，利用他的捕

捉功能和外部中断产生与待测信号同步的闸门时

间，通过Ｔ２的定时功能实现了时基信号与待测信号

的同步计数，使得系统只用一个定时器／计数器他

就实现了多周期同步测频技术，该系统软硬件结构

简单，具有较高的测量精度和较短的系统反应时问。

参考文献：

［１］尹克荣．智能仪表中的频率测量方法［Ｊ］．长沙电力学院学报，

２００２，１７（１）：７４—７６．

［２］章军，张平，于刚．多周期同步测频测量精度的提高［Ｊ］．电测与

仪表，２００３，４０（６）：１６—１８．

［３］王连符．测频系统测量误差分析及其应用［Ｊ］．中国科技信息，

２００５．

［４］李全利．单片机原理及应用技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，

图２Ｔ２中断服务程序流程图２００１．

［５］李群芳，黄建．单片微型计算机与接口技术［Ｍ］．北京：电子工

５结束语业出版社，２００２．

［６］孙传友，孙晓斌，汉泽西，等．测控系统原理与设计［Ｍ］．北京：

文章讨论了传统频率测量方法的原理及误差。‘北京航空航天大学出版社，２００２．

（责任编辑王秀丽）

收稿日期：２００９—１２—０４；修订日期：２００９—１２—２２

作者简介：高树理（１９８３一），男，西安人，硕士研究生，助教，现在西安建筑科技大学从事光纤激光器的研究工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｇａｏｓｈｕｌｉｌ９８３＠１６３．ｃｏｎ。

第２期高树理：半导体激光器和光纤的耦合・２９・合效率较低，因此一段时期，采用透镜＋平面光纤的方

式来提高耦合效率。随着耦合技术的发展通过改进光

纤端面结构，直接耦合也可获得较高耦合效率，而与间

接耦合相比，直接耦合还具有结构简单的优点。

ｌ．Ｐ。＝２Ａ（ｓ）ｒｅｘｐ［－２（≯ｍ卜０．Ｊ０ｗ￡√ｐ［一２（上）２］ｄｙｃｕ”（５）在上式中石轴的积分上限所以能从戈。换成∞是直接耦合

在谐振腔内部和谐振腔外的空间，半导体激光因为光功率的平行发散角很小之故。积分换元，可得：Ｐｏ＝Ｂｅ砜÷７ｃ础ｏ，ｔａｎＯ。）

效率为：

ｅｒ厂（÷丌（Ｕｏ，ｔａｎＯ。）

叩＝——尘刁＝下—一Ｘ（６）器的光强分布是遵循一定规律的。由文献［２３可知，空间任意一点Ｐ（石，Ｙ，石）处的光强为：，（石，Ｙ，三）＝Ａ（三）ｅｘｐ｛一２［（旦）２＋（上）２］｝（１）其中Ａ（ｇ）是与戈，Ｙ无关，只与ｚ有关的常数，再考虑光纤端面上还有反射损耗（４％），则耦合叩２——面盯可一９６％７７ｔ）Ｊ

０９ｘ＝≥王，ＣＯｙ＝』一；叫。。，∞。，是高斯光束的束腰，２元ｉ’２—７（０３０一ｙ；叫ｏⅣ，∞ｏｙ赶同制ｌ兀米Ｈｏ米股’

相当于近场宽度。

１．１由式（７）可见，最大耦合效率与接收角见以及近场发光宽度∞叶有关。以０９０，＝０．０５ｆｆｍ，Ａ＝０．８５ＩＤ和平面光纤

用一个点光源照射光纤的平端面，如图１所示，ｆｆｍ的激光器为例，如果用ＮＡ＝０．１４（０。＝８。）的光纤直接耦合，则耦合效率的最大值为２０％左右。对

这种耦合进行了实验研究，以１０００从光源发出的光以入射角口射向光纤端面，经折射

后以出射角ｙ射入光纤芯中。到达芯的包层的界

面时的入射角为口。光波在光纤中传播须满足全反

射条件，所以只允许那些ａ＞ｄ。的光线传播（其中

ａ。＝ｓｉｎ。１（ｎ：／ｎ，），分别为芯心和包层的折射率），所

以从光源出发的，能照射到光纤芯端面上进入光纤

的光中只有一部分被光纤接收。这就是说，只有那

些对光纤端面的入射角小于某一临界值ｅ，的光才

能被允许在光纤中传播。利用全反射原理，可以求ｍｗ的９８０ｎｍ的半导体激光器的输出光，输入到平端光纤，输出功率为８０ｍＷ，本实验室最好的结果为１５０ｍＷ。１．２端面球透镜耦合这里介绍一种最简单的加透镜的方法就是将光纤的端面做成一个半球形，它可以起到短聚焦的作用。如图２所示。用粗略的计算可以证明，带有球透镜的光纤的等效接收角０。变为：１｛０。：ｓｉｎ－’｛ｎｌ。＝ｓｓｉｎ［ｓｉｎ一１（袅）＋ＣＯＳ－１丝］｝一ｓ［ｓｉｎ一（秀）＋尝］｝一

（８）得口。＝（凡；一ｎ；）专。目。称为光纤的接收角，它由光

纤内外层折射率决定。。≤《三

图１ｓｉｎ。１（共）其中ｒ为球透镜的半径，ｄ为光纤芯径。可以看出当ｒ＝∞时，就变成了平端光纤的情况。通过式（１）可以求得球半径ｒ和光纤直径ｄ与等效接收角口。的关系。点光源照射光纤的平端面图

可以根据式（１）计算耦合效率。首先计算光纤

端面所在的平面（。＝ｓ）激光器的总功率Ｐ。

Ｐ。＝２Ａ（ｓ）ｊｅｘｐ［一２（麦）２酬０Ｊ０ｗ』ｅｘｐ图２端面球透镜耦合Ｊ光纤端面仅作这样一个简单的变动就可以使

（２）臼，扩大许多。端面球透镜的制造方法比较容易，一

般都用氧气或其他高温火焰将光纤端点烧熔，在显

微镜下可以看到它自然的缩成一个小球。端面球透

（３）镜耦合方式在实际耦合操作中与直接耦合相同，但

在轴向上位置的要求比直接耦合要严格一些。根据

（４）文献［２］可知，通过这种方法可以使耦合效率最高

。达６０％。

１．３［－２（。－ｚ－）２］ｄｙ叫。利用换元积分，可得：Ｐｏ＝Ｂｅｒｉ（∞）其中Ｂ＝华觚）卜ｐ［＿２（毒）２］ｄ石在ｚ＝Ｓ的平面内Ｂ为常数。尖锥端光纤

应用模式耦合模型，介绍一种近年来发展迅速ｅｒｆ（Ａ）＝去卜萼蚋误差函数。

包．含在张角２臼，．之内的光功率是的低反射高效率的尖锥端光纤和半导体激光器的耦合技术【３Ｊ，如图３所示。

・３０・煤炭技术第２９卷前面介绍过，激光器的模场为高斯场，通常ＬＤ通过改变轴向距离石和半锥角口，可以获得最的模场为椭圆形，则在出射窗口处的横向场分布可大耦合效率。理论计算表明这种耦合方式，在０＝以表示为：６０。附近有最大耦合效率接近９０％。

也（”）＝Ａｚｅｘｐｔ“（素）２＋（赤）２］｝（９）２间接耦合

其中菇轴和ＬＤ的结平面平行，Ａ：为场振幅。２．１凸透镜耦合

激耸：《三三如图３所示，一个凸透镜将在其焦点上的激光

’

尖惟端光纤器发出的光变成平行光，再用另一个凸透镜聚焦到

光纤端面上。这种由两截做成的耦合接头，每一截

包含一个凸透镜，因为中间是平行光，两截连接部分

的精密度要求不高，调节较容易，结构稳定、可靠，使

图３尖锥端光纤祸合用方便。

光纤中模场为圆形，则其横向场可以表述为：拆开点

ＣＳ（州）＝Ａｆｅｘｐ｛“（煮）２＋（考）２］｝（１０）激鲨。。＋７＼／一一一一一Ｊ．一

其中４，为场振幅，∞，为光纤中模半径。、、、Ｕ…一一！Ｕ／。；仃、、塑

利用高斯模的传输规律得到经过一段距离石之图３凸透镜耦合

后的ＬＤ模场分布为：２．２柱透镜耦合

ｔ（赤）２］｝…ｐ｛“［南＋南”ｅｘｖｌ—Ｃａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝碟券弊ｅｘｐ｛＿［（南）２激光器发出的光在空间是一个细长的椭圆形，

可以通过柱透镜将光压缩，使整个光斑接近圆形，而

后和圆形截面的光纤相耦合就会使耦合效率有很大

提高。如图４所示。由激光器发出的张角为ａ的

ｉｋｚ）麟ｐ｛－ｉ［丛尘粤盟］｝光，经柱透镜两次折射后，只要它的入射角满足光纤

（１１）全反射条件的要求就可以被光纤所接收，实际上就

其中是扩大了光纤的等效接收角。

甜ｚ（ｚ）＝‰√１＋（麦）２（１２）

Ｚｏ。＝７ｃ叫ｏ。／２（１３）图４柱透镜耦合

Ｒ（。）＝名＋磊。／ｚ（１４）２．３组合透镜耦合

声。（。）＝ｔｇ一１（ｚ／Ｚｏ；）（１５）在许多半导体激光器和光纤的耦合系统中，经ｋ一２ｒｒ／２，∞；（ｇ），Ｒ。（＝）分别为波前在ｚ轴方向常利用柱透镜、球透镜及锥形光纤等相互组合来提的模半径和曲率半径，以Ｙ代替ｒ则可得叫，（彳），Ｚ…高耦合效率［４］。利用组合透镜可将耦合效率提高到Ｒ，（：），声，（。）的表达式。７５％以上。但在装配时需要用精密夹具来精密调

由文献［１］可知，尖锥形状的光纤头起到一个整，增加了工作难度。

传输因子的作用。因为光纤纤芯与光纤包层的折射３结论

率差很小，所以可以用同一个折射率来表示它们，则通过以上对光纤与半导体激光器耦合方式的简传输因子为：绍，可以看出通过直接耦合提高耦合效率，要求对光

咖（菇，Ｙ，ｇ）＝ｅｘｐ［ｉｋ（凡１一ｎ２）￣／戈２＋ｙ２ｃｔ９０］纤加工精度高；通过间接耦合提高耦合效率，需要在

（１６）光纤与激光器问加入光学元件，增加了系统复杂度，

其中臼为半锥角，ｎ，，ｎ：分别为光纤和空气的增加了系统的体积。总结以上所简绍的耦合方式可折射率。以得出：要提高光纤与半导体激光器的耦合效率，获

最后根据模场匹配公式，对光纤中的模场佴和得尽可能大的出纤功率，就需要尽可能多的光耦合

进光纤中去，尽可能的减少耦合时反射出的光。

经过距离：及传输因子变换后的模场以＝妣咖进行参考文献：

计算，得到两模场间的匹配系数，此匹配系数就是［１］ｊ查开德．尖锥端光纤和半导体激光器的耦合［Ｊ］．中国激光，ＬＤ到光纤的耦合效率珑，则：１９９８．

［２］马惠萍．光纤耦合问题的研究及球形端面光纤的应用［Ｊ］．光电

工程，２００２．

叩ｃ＝百百—————再ｉ——一Ｊ一∞Ｉ缈：乒；ｄＡ

Ｉ删ｄＡ（１７）吲鬻？Ⅲ№０３波导与光纤耦合的综斟ｎ光通信研究’

ｌ札妒：ｄＡ［４］张健．耦合半导体激光进入光纤［Ｊ］．激光技术，１９６２．（责任编辑王秀丽）

半导体激光器和光纤的耦合

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年，卷(期)：

引用次数：高树理西安建筑科技大学理学院,西安,710055煤炭技术COAL TECHNOLOGY2010，29(2)0次

参考文献(4条)

1.查开德.尖锥端光纤和半导体激光器的耦合[J].中国激光,1998.

2.马惠萍.光纤耦合问题的研究及球形端面光纤的应用[J].光电工程,2002.

3.胡台光.Ti:LiNbO3波导与光纤耦合的综述[J].光通信研究,1990.

4.张健.耦合半导体激光进入光纤[J].激光技术,1962.

相似文献(10条)

1.期刊论文 王帆.樊丽娜.朱爱敏.WANG Fan.FAN Li-na.ZHU Ai-min 半导体激光器和光纤的耦合系统设计 -红外2008,29(5)

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.

2.学位论文 李书蝶 一种光纤输出半导体激光器模块的研制 2008

半导体激光器由于具有电光转换效率高、体积小、重量轻、能直接调制以及性能稳定、可靠、使用寿命长等显著特性，近些年来，它的应用几乎覆盖了整个光电子学领域，成为当今光电子学的核心器件。然而半导体激光器固有的结构特点决定了它存在一个严重的不足就是它的光束不对称性，且光束发散角较大。大多数实际应用中，为了获得较好的光束质量，需要将半导体激光器与光纤耦合输出，因此，研制光纤输出半导体激光器模块，低成本、高效率地将两者封装起来成为一个很有意义的研究课题。

近年来，光纤输出半导体激光器模块的研制受到国内外的关注。大功率光纤输出半导体激光器模块具有很高的技术含量，主要涉及光纤技术、微小光学技术、微细加工技术、耦合封装和精密机械等关键技术。在大功率半导体激光器与多模光纤耦合时，为获得最佳的耦合效率不仅应考虑两者的特征参量相互匹配的问题，即多模光纤的纤芯直径、数值孔径，与大功率半导体激光器耦合时的发光面积、发散角、输出功率等匹配的问题，还要考虑光纤端头的处理、耦合系统中加各种透镜等工艺问题，很多情况下需要简化工艺、降低成本，以获得最佳性能价格比。

目前，半导体激光器和光纤的封装形式主要有同轴式、双列直插式和蝶形三类。本论文在深入研究了各种耦合系统及其应用条件的基础上，设计了一种由圆柱形透镜和半球端微透镜组成的耦合系统，进一步研制出了一种新型光纤输出半导体激光器模块，其结构简单、耦合效率高、成本低、对金加工中的同轴度要求不严格、且能够方便而精确地实现半导体激光器与光纤的五维耦合调整。本文主要内容如下：

1.分析了半导体激光器的基本结构和空间模式以及光纤传输光的基本理论，具体说明了半导体激光束的整形方法和提高光纤数值孔径的方法。分别运用模场耦合理论和光线耦合理论对半导体激光和光纤的耦合进行了理论分析。

2.归纳了国内外光纤输出半导体激光器模块的产品现状；总结了半导体激光器和光纤的耦合方式和耦合系统，并把耦合系统分成微透镜光纤耦合系统和分立式透镜耦合系统分别进行了分析。其中着重分析了微透镜光纤耦合系统中比较常用的微透镜光纤端面的结构及其耦合特性。

3.设计了一种由圆柱形透镜和半球端微透镜组成的间接耦合系统，对圆柱形透镜对半导体激光束的准直和半球端微透镜对光纤数值孔径的提高进行了理论分析，并对光纤柱透镜和半球形端面输出光纤的制作工艺给予了详细介绍。

4.研制了一种新型光纤输出半导体激光器模块。详细说明了该光纤输出半导体激光器模块的各组成部分，并对该模块的功率特性进行了实验研究和参数测试，结果表明：我们研制的这种新型光纤输出半导体激光器模块各部件加工工艺成熟，大大降低了调试和封装的难度问题，因而有利于生产及应用。

3.期刊论文 杨修文.祝生祥.江锐.石义杰.YANG Xiu-wen.ZHU Sheng-xiang.JIANG Rui.SHI Yi-jie 楔形光纤与半导体激光器的耦合研究 -微纳电子技术2007,44(10)

结合半导体激光器的特点,通过对高斯光束发散特性的分析,得到激光器的模场分布特点,指出与激光器最佳耦合的光纤外形为楔形光纤,楔形光纤的楔角与尖端半径决定着耦合效率.实验表明,楔形光纤与半导体激光器的耦合效率明显优于尖锥形光纤与半导体激光器的耦合.用楔角为104°,尖端半径为

3.3 μm的楔形光纤进行测量,测得最大耦合效率达到87.2%.

4.期刊论文 孟晓伟.王高.Meng Xiaowei.WANG Gao 基于半导体激光器的快速成型能量源 -应用基础与工程科学学报2005,13(2)

针对快速成型技术中存在的问题,提出了一种可选址驱动的半导体激光器线阵能量源新方案.在计算机软件与硬件控制下,以带尾纤的低功率半导体激光器光纤输出端集成的方法设计和实现了选址驱动能量源线阵雏形.用两组半导体激光器光纤输出端线阵交错排列补偿以形成一维长度为10mm、宽度为0.25mm连续线阵能量源.该方案原理可行,为将来实现高功率半导体激光器阵列在快速成型技术中的应用提供了坚实的基础.

5.学位论文 于海鹰 半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究 2006

大功率半导体激光器(LD，laserdiode)因体积小、功耗低、转换效率高而且价格便宜等其他类型的激光器所无法比拟的优势，应用领域越来越宽广，对社会、经济、国防和百姓日常生活影响越来越大。伴随研究和生产水平的不断提高，相信它的应用领域会越来越宽广，发展前途无限光明。

大功率LD的许多应用领域和应用场合都涉及到与光纤的耦合，比如光通信系统中的光源和光纤放大器的泵浦源，医疗方面的激光手术，材料加工方面的焊接和热处理等等。因此根据激光器的特性研制高效、实用、可靠和廉价的耦合系统一直是一个研究的热点。

大功率LD与光纤耦合的效率不高是由于两者的模场形式差异大造成的。前者的模场是非中心对称的椭圆形，后者为圆形。因此，提高大功率LD与光纤的耦合效率可以从LD和光纤两方面进行研究。在LD方面，减小或增加有源区的厚度，都可以减小激射光束的纵横比，改善LD光束的对称性。有多种途径实现LD光束特性的改善，其中采用多有源区隧道结级联大光腔结构的半导体激光器是既增加有源区等效厚度而又保证LD低阈值电流和高斜率效率等特

在与光纤耦合方面，利用透镜可以对LD入射光束进行准直、变换和聚焦，使入射光束的模场与光纤模场尽可能匹配。用作LD与光纤耦合的透镜先后经历了分立式单透镜、分立式组合透镜、与光纤集成的透镜光纤三代耦合系统。透镜光纤耦合系统(lensedfibers)因其结构简单、制作高效、便于集成封装等特点，目前已是耦合应用的首选。

本论文围绕本实验室研发的新型隧道再生多有源区980nmAlGaAs/GaAs/InGaAs量子阱大功率半导体激光器和多种条宽的单有源区

980nmAlGaAs/GaAs/InGaAs量子阱大功率半导体激光器的光场外特性、单模阶跃折射率光纤和多模渐变折射率光纤的模场特性进行了深入的理论分析和实验研究。由于大功率GaAs半导体激光器的条形电极宽度较大，光束的纵横比很高，而且由于多采用脊形波导结构，在侧面采用增益引导机制为主，在垂直于结平面是折射率引导机制，使得LD的激射光束在LD光腔内呈柱面波的形式传播。从LD的光外部特性来看，光束截面不但是非对称的、椭圆形光斑，而且在垂直和水平方向上光束束腰不在同一平面上，垂直光腰位于LD的出光面(解理面上)，而水平光腰则在LD腔内，即“虚光腰”。因此LD的激射光束存在像散。对该光束作高斯近似，并假设LD激射后水平出光面上光斑的大小不随LD驱动电流的变化而改变，通过测量光束的远场发散角经过计算获得了虚光腰位置和尺寸。

在考虑像散因素的情况下，对激射光束在不同条宽时光束束斑和波前曲率半径随传播距离的变化情况进行了模拟。

对球面透镜和锥形、柱形和楔形等非球面透镜进行了定性分析和比较。在此基础上，结合渐变折射率棒和光纤对入射光束的传输特性，提出了一种新型的大芯径渐变折射率(GRIN)光纤与普通单模或多模光纤级联组成的组合式楔形透镜光纤耦合系统，即利用大芯径光纤增大对入射光的接收面积，利用1/4节距(pitch)渐变折射率媒质对光束的聚焦作用实现入射光的准直和聚焦，利用楔形透镜和柱面端面实现对入射光束垂直方向波前曲率半径的变换改变入射光束的模场，从而实现LD入射光束与单模光纤或多模光纤的模式匹配。

根据大功率LD的光束特点，对楔形透镜光纤的楔角、柱面半径和工作距离等参数进行了优化设计。

将新型透镜光纤与其它不同结构和形状的透镜光纤分别对多种大功率半导体激光器进行耦合测试。测试结果表明，由于新型多有源区大光腔LD的激射光束纵横比得到极大的改善，它与光纤的耦合效率比相同条宽的单有源区LD有显著提高。采用楔角为90°的GRIN/SMF结构的新型透镜光纤与隧道结级联大光腔LD的耦合效率比该透镜光纤与常规LD的耦合效率高出一倍以上。

在与三种不同条宽的单有源区LD的耦合测试对比中，楔角为110°的GRIN/MMF结构的新型透镜光纤对85-μm和100-μm条宽的LD的耦合效率平均达到了80％和70％，最高值可达90％，居国内先进水平。楔角为110°的GRIN/SMF结构的新型透镜光纤对85-μm的LD的耦合效率达到了12.7％。

6.期刊论文 牛岗.樊仲维.王培峰.崔建丰.石朝辉.张晶.NIU Gang.FAN Zhong-wei.WANG Pei-feng.CUI Jian-feng.SHI Zhao-hui.ZHANG Jing 楔形光纤排与半导体激光器耦合技术研究 -半导体光电2007,28(6)

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%.

7.期刊论文 王帆.王春霞.王田虎.毛海涛.李方正.WANG Fan.WANG Chun-xia.WANG Tian-hu.MAO Hai-tao.LI Fang-zheng 一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用技术 -激光与红外2006,36(7)

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.

8.学位论文 王帆 一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化技术研究 2006

半导体激光器(以下简称LD)具有体积小、重量轻、寿命长、电光转换效率高、可直接调制等优点，目前在信息、能源、医疗、材料、娱乐等诸多领域都得到了越来越广泛的应用，材料和器件的水平也有了长足的进展。但是它的光波导存在较强的不对称性，垂直于结平面和平行于结平面的发散角差异很大，直接限制了它在许多方面的应用，并且影响了它与光纤(束)耦合时的耦合效率。LD和光纤耦合问题的研究受到国内外的关注，成为一个重要的研究课题。

LD与光纤的耦合，按照LD与光纤之间是否存在光学元件，耦合方式可分为两种，即直接耦合与间接耦合。针对不同型号的LD和不同芯径的光纤，可选用合适的耦合方式。

本论文在深入研究了各种耦合方法及其应用条件的基础上，主要进行了以下几项工作：

1.详细的分析了半导体激光器输出光场的特点和光纤中传输光的特点，阐述了半导体激光器的输出光和光纤耦合的理论模型，分别介绍了光线耦合理论和模式耦合理论。

2.把LD和光纤的耦合系统，分成微透镜光纤耦合系统和分立式透镜耦合系统分别进行了分析。其中着重分析了微透镜光纤耦合系统中比较常用的微透镜光纤端面的结构及其耦合特性。并介绍了制作微透镜光纤端面的工艺。从工艺和耦合效率两方面考虑，球透镜光纤的制作工艺简单、成熟且易于实现。

3.针对由柱透镜和聚焦透镜组成的组合透镜耦合系统中存在的封装和调试困难等问题，提出了一种新的耦合方案：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；用球透镜光纤对准直后的光束进行聚焦，直接实现和光纤耦合，来代替聚焦透镜和光纤耦合的环节。

4.对3中提出的新的耦合系统即由柱透镜光纤和球透镜光纤组成的耦合系统，进行了实验研究。首先测量了制作出的球透镜光纤的尺寸，分析得出用光纤自动熔接机来制作球透镜光纤的工艺稳定，可满足耦合的需要。对由柱透镜光纤和球透镜光纤组成的耦合系统的耦合效果进行了实验分析，结果表明：采用该方法时系统的耦合效率在80.O％左右，同时大大降低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和封装的难度问题，且工艺稳定，因而，有着广泛的应用前景。

9.期刊论文 胡朝阳.潘珍吾.张斌.马新宇.Hu Zhaoyang.Pan Zhenwu.Zhang Bin.Ma Xinyu 利用全光纤自外差系统研究光纤光栅半导体激光器的线宽 -红外与激光工程2000,29(1)

以带光纤尾纤引出式微体声光移频器(AOFS)为基础,用全光纤结构的延迟自外差激光器线宽测量系统(分辨率为50kHz),其中声光移频器插入损耗仅为

2.9dB,大大提高了信噪比.采用该系统对窄线宽1.3μm光纤光栅半导体激光器(FBG-LD)进行了测量,测得激光器线宽的典型值为1.5MHz,同时分析了测量系统近端反射光对线宽测量精度的影响以及FBG-LD的线宽压窄特性,最后验证了FBG-LD的输出线宽与输出功率的关系.

10.学位论文 初新俊 大功率半导体激光器列阵与光纤双向耦合研究 2006

由于半导体激光器的高效率、小体积和高可靠性，已成为最具竞争力的军用激光器，发达国家为此投入了大量人力、财力竞相研究开发应用。 大功率半导体激光器采用光纤耦合输出方式不仅简化了器件的应用，改善了输出光束的非对称性，同时还可以简便地实现多个半导体激光器的光源之间的输出光耦合或组合，得到更高的功率输出。

本课题的目的是：通过大功率半导体激光器与光纤的双向耦合，建立新型相干耦合的高光束质量大功率半导体激光器，以获得高的焊接速度和良好的焊接质量。

本课题首先使用柱透镜耦合方案作为双向耦合的先行方案，使用光学设计软件模拟半导体激光器的光斑在经过光纤柱透镜后的整形变化，指导了使用光纤柱透镜进行大功率半导体激光器列阵与光纤密排阵列耦合的方法。

本课题通过理论和实验创新，设计了一种用于大功率半导体激光器与光纤阵列耦合的双面耦合微透镜，并尝试使用准分子激光器进行刻蚀加工。实验研究了准分子激光器刻写有机玻璃微透镜的工艺参数，并尝试性的将微透镜阵列应用到耦合实验中。

对于双向耦合实验，光纤柱透镜的耦合方法目前比较成熟，在实验中发挥了较大的作用，实验结果比较理想。微透镜由于制作工艺及实验手段上存在的困难，耦合效果无法超过光纤柱透镜耦合方案。

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mtjs201002012.aspx

下载时间：2010年5月24日