尖锥端光纤和半导体激光器的耦合
半导体激光器件中的光纤耦合与光纤通信研究
半导体激光器件中的光纤耦合与光纤通信研究光纤通信是现代通信领域中一种重要的传输方式，其通过利用光纤作为传输介质来传送光信号，具有高速率、大带宽、低失真等优点，被广泛应用于通信领域。
而光纤耦合作为光纤通信中不可缺少的关键技术之一，对于实现高效的传输起着重要作用。
本文将重点研究半导体激光器件中的光纤耦合与光纤通信相关的研究内容。
首先，半导体激光器件是光纤通信系统中产生光信号的重要部件之一。
半导体激光器件是一种通过电流注入来激发半导体材料中的电子与空穴复合产生光子的器件。
在光纤通信系统中，通常采用半导体激光器件作为光源，将电信号转换为光信号进行传输。
半导体激光器件的性能对于光纤通信系统的传输质量和距离有着重要影响。
因此，研究如何提高半导体激光器件的耦合效率和输出功率，对于光纤通信系统的性能优化具有重要意义。
在半导体激光器件的光纤耦合中，主要存在两种方式，即端面耦合和侧面耦合。
端面耦合指的是将半导体激光器件的端面与光纤的端面直接耦合，而侧面耦合则是通过光纤的侧面与半导体激光器件的侧面实现耦合。
两种耦合方式各有优劣，选择何种方式进行光纤耦合需要根据具体的应用需求和性能要求来确定。
在光纤通信系统中，光纤耦合的关键性能参数包括耦合效率和插入损耗。
耦合效率是指通过光纤耦合系统实现的输入功率与输出功率之间的比值，而插入损耗则是指信号在光纤耦合系统中的传输过程中所损失的功率。
提高光纤耦合的效率和减小插入损耗是进行相关研究时的重要目标。
为了提高光纤耦合的效率和减小插入损耗，在研究中可以采取多种方法。
其中一种常见的方法是使用光纤插损测试仪进行耦合参数的测试和优化。
通过测试仪器的测量和调节，可以精确地获取光纤耦合系统的性能参数，并对其进行优化调整。
另外，也可以采用光纤焊接技术来实现光纤与半导体激光器件的精确定位和耦合。
光纤焊接技术可以通过将光纤与器件的端面进行精确对准，并利用高温高能量进行焊接，实现最佳的光传输效果。
此外，光纤通信系统中还存在一些其他与光纤耦合相关的研究问题，例如光纤耦合的稳定性和可靠性。
光纤与半导体光源耦合
§6-6 光纤与半导体光源耦合光纤通信中最常用的光源是发光二极管和激光二极管，二者皆是细小如砂粒般的半导体微芯片，当外加电流时，可使二者发光。
把光源发射的光功率尽可能多的送入传输光纤，这就是光源和光纤的耦合问题。
提高耦合效率有利于允许在系统中使用较低功率的光源，从而减少成本和增加可靠度。
在此实验中我们学习如何利用0.29节距的渐变折射率（GRIN ）杆状透镜将注入式激光二极管（ILD ）和发光二极管耦合到光纤的技术。
GRIN 透镜体积小，具有便利的焦距及工作距离和低失真的高质量影像，已被广泛使用于光纤和光源的耦合。
实验中的光源为远红外线组件，注入式激光二极管峰值波长为780nm ，而发光二极管的峰值波长为830nm 。
这些组件可发射非可见光辐射，适当的安全手则必须遵守，以避免可能的伤害。
切记：决不可用眼睛直接观察激光或其反射光。
【实验目的】1、 了解发光二极管(LED)和注入式激光二极管（ILD ）的光学特性，比较两者异同。
2、 掌握利用GRIN 透镜将半导体光源耦合到光纤的技术。
【实验原理】 一、光源的类型在光纤通信系统中有两种光源最常被使用，即发光二极管（LED ）与注入式激光二极管（ILD ）。
两者具有相同的基本结构，皆基于PN 结，但注入式激光二极管较复杂，参见图6.6.1。
两者基本工作原理相同，在正向偏置电压下由电子注入在有源层形成粒子数反转而产生光输出。
但注入式激光二极管的光输出功率-驱动电流曲线与发光二极管不同，前者有一阈值电流需先达到，光输出对电流响应才会迅速增加，参见图6.6.2。
一个光源可用从它表面所发射的所有可能方向的光线的光功率分布来说明其特征。
光源一般依其辐射分布可分为两种型式，即朗伯（Lambertian ）光源和准直（collimated ）光源。
朗伯光源从每个图6.6.1 激光二极管基本结构及光场分布图6.6.2 驱动电流与光输出功率的关系微分光源单元的所有的方向上发射光，面发射的发光二极管接近朗伯光源。
光纤和半导体激光器耦合的实现方法
光纤和半导体激光器耦合的实现方法光纤和半导体激光器的耦合是将光纤与半导体激光器的光输出进行有效地连接的过程。
光纤和半导体激光器的耦合技术对于实现高效率和高品质的光纤通信、光纤传感和光纤激光器应用非常重要。
下面将介绍光纤和半导体激光器耦合的几种基本实现方法。
1.朴素方法：一种最简单的方法是将光纤粗略地对准激光器的外圆，然后用胶水或其他适当的导光材料固定光纤。
这种方法的缺点是会引入大量的光耦合损耗和模式不匹配损耗，导致耦合效率较低。
2.渐变折射率耦合：渐变折射率耦合是一种改进的方法，该方法通过在光纤末端表面使用透镜或折射率均匀变化的介质来改善耦合效率。
这种方法可以通过将光纤端面与激光器外表面之间的折射率差最小化来减少反射和模式相位匹配的不匹配，从而提高光纤和激光器之间的功率转移效率。
3.FC/APC连接：FC/APC（Angled Physical Contact）是一种常见的连接器类型，其端面倾斜以减少反射。
在光纤和激光器之间使用倾斜的光纤连接器，可以减少反射损耗，并提高耦合效率。
4.GRIN透镜耦合：GRIN（Graded-Index）透镜是一种折射率渐变的透镜，其折射率从中心向外缓慢减小。
将适当长度的GRIN透镜嵌入光纤末端，并将其与半导体激光器的激光输出区域对准，可以有效地将激光通过透镜耦合到光纤中。
GRIN透镜耦合可以提高耦合效率和模式匹配。
5.V-形槽耦合：V-形槽耦合是一种使用槽形结构来改善光纤和激光器之间耦合的方法。
在光纤末端和激光器之间创建V形槽，然后将光纤放置在槽中，可以实现更高的耦合效率。
这种方法可通过优化V形槽的形状、深度和角度，来减少反射和提高光耦合效率。
以上是光纤和半导体激光器耦合的几种基本实现方法。
在实际应用中，根据具体需求和要求，可以选用合适的耦合方法。
此外，还可以通过优化耦合尺寸、使用适当的光纤补偿器、调整光纤和激光器之间的距离等方法，进一步改善光纤和半导体激光器的耦合效果。
半导体激光器与光纤耦合系统的研究
Abstract: T h is coup ling system takes the fea sib ility of the coup ling m ode in to accoun t1 T he coup ling efficiency
va ries no t on ly w ith the d istance betw een one elem en t and ano ther elem en t, bu t a lso w ith the off2ax is ang le of the off2ax is th in sp herica l len s1 T h is a rticle exp lo res the regu la rity of coup ling on the ba sis of the tran sm ission of Gau ssian beam , the P rincip le of m ode m a tch ing, and the theo ry of m a trix op tics1 T he resu lt is of g rea t i m po rtance fo r design of coup ling system betw een la ser d iode and fiber, and it is va luab le fo r i m p roving the coup ling efficiency betw een la ser d iode and fiber1
对于垂直入射的高斯光束的变换, 光学系统的变换 矩阵为 A B = T⊥ T ⊥= 3 T 2T 1 = C D 1 0 1 L 1 0 = - 1 f 2 co sΑ 1 0 1 - 1 f 1 1
光纤耦合半导体激光器原理
光纤耦合半导体激光器原理光纤耦合半导体激光器是一种将光纤与半导体激光器相结合的器件，可将激光器器件与光纤相互耦合，实现高效的光纤传输和集成应用。
它不仅具备了半导体激光器的小尺寸、高效率、低功耗等特点，还能实现激光光束与光纤之间的高效耦合和传输。
首先，模式匹配是光束通过光纤耦合的关键环节。
激光器芯片的输出模式和光纤的模式必须匹配才能进行有效的耦合。
通常，半导体激光器芯片的输出模式为高斯模式，而光纤的传输模式也为高斯模式。
通过设计激光器芯片和光纤的参数，如直径、焦距等，使得两者的输出模式能够匹配，以确保较高的耦合效率。
其次，光束扩展过程将激光器芯片的较小直径的光束扩展到与光纤直径相匹配的尺寸。
这一过程可以通过使用透镜或光纤连接器等光学元件来实现。
透镜可以将光束进行聚焦和发散，从而实现光束尺寸的调整。
光纤连接器则通过其内部的光学结构来实现光束尺寸的调整和耦合。
最后，耦合效率是衡量光束传输和耦合质量的指标。
耦合效率取决于光纤与半导体激光器芯片之间的距离、角度和位置等因素。
一般情况下，为了最大程度地提高耦合效率，需要将激光器芯片的输出焦点与光纤的输入端对准，并保持二者的光轴一致。
此外，通过调整激光器芯片和光纤之间的距离和角度等，还可以进一步优化耦合效率。
除了以上原理，光纤耦合半导体激光器还需要注意温度的控制和光学元件的稳定性等问题。
激光器芯片的温度对其性能有很大影响，因此需要采用冷却措施来控制温度。
此外，光纤连接器和透镜等光学元件在使用过程中也需要保持稳定的性能，这对于长时间稳定的激光输出至关重要。
总之，光纤耦合半导体激光器通过将半导体激光器芯片与光纤相结合，实现了激光光束的高效耦合和传输。
它的原理涉及模式匹配、光束扩展和耦合效率等关键过程，并需要注意温度控制和光学元件的稳定性等问题。
光纤耦合半导体激光器在光通信、光传感和激光加工等领域具有广泛的应用前景。
高亮度半导体激光器光纤耦合系统设计
高亮度半导体激光器光纤耦合系统设计摘要：本文介绍一种利用空间合束技术和光纤耦合技术将9只波长为915nm 单管芯半导体激光器高效率耦合进光纤中，制备出具有高功率、高亮度输出光纤耦合模块。
在使用光学软件进行模拟仿真后并通过实验验证，实验结果表明光纤耦合模块可以通过芯径105μm、数值孔径（NA）为0.22 的光纤输出大于110w 的功率，并且亮度达到 8.64MW/(cm2·sr).关键词:激光耦合; 激光准直; 激光合束; 半导体激光器1引言工业应用和光纤激光泵浦已经证明了对光纤耦合半导体激光器的需求增加，特别是新的固态器件-光纤激光系统，需要越来越高的功率、更高的亮度和单波长泵浦源。
光纤耦合激光半导体模块具有几乎对称的能量分布和高度的指向稳定性，是新型固态激光器件的最佳泵浦源之一。
由于近年来半导体单芯片发射极的输出功率从1W大大提高到15W，光纤耦合半导体模块的输出功率从30W提高到800nm到 980nm波长区域的200W左右。
例如，2014年，NLIGHT（美国）提出了一个新的元件封装，可以容纳多达18个发射体与偏振光束组合。
此封装包提供直径为105μm的130W光纤和直径为200μm的225W光纤，可以提高输出功率和亮度。
在2016年，DILAS（德国）报道了一个915nm单波长、传导冷却、光纤耦合的多棒模块，模块的输出功率为120W，核心直径为120μm到400μm［1-3］．在目前的工作中，我们选择半导体单管件来设计和实现商业上可用的高功率和高亮度仅基于9个单光束的光纤耦合模块。
使用空间光束结合以及光纤耦合技术，将105μm NA为0.22光纤耦合器半导体激光模块，封装在915nm封装中，并通过软件仿真和实验验证。
该模块在没有偏振光束组合技术的情况下，只能使用空间组合技术输出110W，因此模块的体积和工作电压较小。
2光学设计和光束准直2.1光学设计为了实现高功率和更高的亮度，空间光束组合是一种有效的方法，通常用于多发射模块，在不降低光束质量的情况下，从一根光纤中实现高功率光纤输出。
光纤耦合半导体激光器
光纤耦合半导体激光器光纤耦合半导体激光器是一种将激光器和光纤相结合的器件。
它利用光纤的优良传输特性，将激光器的输出光束耦合到光纤中进行传输。
光纤耦合半导体激光器具有小尺寸、高功率、高效率、稳定性好等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
光纤耦合半导体激光器的基本构造是将半导体激光器和光纤通过耦合器件进行连接。
半导体激光器是产生激光的核心部件，它由半导体材料制成，具有电流驱动特性。
光纤则是将激光束传输到目标位置的通道，它由光纤材料制成，具有光信号传输特性。
耦合器件起到连接和耦合两者的作用，通常采用透镜、光纤接口等结构。
在光纤耦合半导体激光器中，激光器产生的激光束首先经过调制器进行调制，这样可以对激光进行控制，满足不同应用需求。
然后，通过耦合器件将激光束耦合到光纤中。
耦合的目的是将激光能量高效地传输到光纤中，并保持高质量的传输。
耦合效率的高低直接影响到激光器的输出功率和稳定性。
光纤耦合半导体激光器的优点之一是可以将激光束传输到较远的距离，而不会因为传输损耗而降低功率。
这是因为光纤具有低损耗、低色散的特性，可以有效地保持激光束的质量。
此外，光纤耦合半导体激光器还具有较小的尺寸和重量，适合在空间有限的环境中使用。
光纤耦合半导体激光器在通信领域有着广泛的应用。
它可以用于光纤通信系统中的光源，将激光信号传输到光纤中进行信号传输。
由于光纤耦合半导体激光器具有高功率、高效率的特点，可以提供稳定的信号传输。
此外，光纤耦合半导体激光器还可以用于光纤传感系统中，实现对温度、压力等参数的测量和监测。
在医疗领域，光纤耦合半导体激光器也有着重要的应用。
它可以作为医疗设备中的光源，用于激光治疗、激光手术等。
光纤耦合半导体激光器具有小尺寸、高功率的特点，可以在医疗器械中实现紧凑的设计。
光纤耦合半导体激光器还可以用于材料加工领域。
它可以作为激光切割、激光焊接等加工过程中的光源。
光纤耦合半导体激光器具有高功率、高效率的特点，可以提供稳定的激光能量，实现高质量的材料加工。
光纤和半导体激光器耦合的实现方法
光纤和半导体激光器耦合的实现方法作者：许贵阳华显立来源：《科技经济市场》2014年第07期摘要：光纤和半导体激光器耦合技术的高低直接决定了EDFA技术性能，本文通过论述半导体激光器与光纤耦合的理论，进一步研究分析半导体激光器和光纤耦合的方法，进而在一定程度上为光纤和半导体激光器耦合技术的发展提供参考依据。
关键词：光纤；半导体激光器；耦合方式0 引言半导体激光器自1962年问世以来发生了极大地变化，有力的推动了现代科学技术的发展。
半导体激光器具有光电转换效率高、体积小、重量轻、耗电少且价格低等优点，因而广泛应用于广泛使用于光纤通信、激光测距、激光打印、激光扫描、激光指示器以及航空航天等重要领域。
对于半导体激光器来说，受自身结构特点的影响和制约，进而在一定程度上降低了半导体激光器的出射光束的质量，不仅在垂直和平行于PN结两个方向上的光束不对称，而且存在有很大的发散角，另外，对驱动电源要求比较高，进一步增加了实际应用的难度。
对于半导体激光器来说，光纤和半导体激光器的耦合技术能够对其光束进行整形、准直、变换，同时能够耦合到光纤中，这样就可以输出对称并且亮度较高的光束。
1 光纤与半导体激光器的耦合方式通常情况下，光纤与半导体激光器的耦合方式可以分为：（1）光纤与激光器不经过任何系统进行直接耦合。
（2）将透镜、棱镜等光学零件插入激光器和光纤之间的方法，即分离透镜耦合法。
在光纤与半导体激光器进行耦合的过程中，无论哪种方法，其耦合的目的都是对半导体激光器输出的光场进行整形，进而在一定程度上使得入射光场与光纤本征光场分布实现最大限度的匹配。
1.1 分离透镜耦合在耦合系统内部，各光学零件之间与光纤以及耦合系统都是相互分立的，在这种情况下，对于半导体激光器、耦合系统和光纤之间的共轴准直性要求比较好。
在封装的过程中，采用一些加工精度较高的支承件固定各光学零件，在一定程度上确保较好的准直性，但是这样做法增加了成本，并且尺寸比较大。
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收稿日期∶1996—10—21;收到修改稿日期∶1996—12—02第25卷 第1期中 国 激 光V o l.A 25,N o .1 1998年1月CH I N ESE JOU RNAL O F LA SER S January ,1998尖锥端光纤和半导体激光器的耦合韦朝炅 查开德 王新宏(清华大学电子工程系 北京100084)提要 介绍了一种低反射高效率的尖锥端光纤和半导体激光器的耦合技术。
应用模式耦合理论分析表明,这种尖锥端光纤的耦合效率可接近90%,锥端反射损耗大于60dB 。
因此,这种耦合技术既可以提高LD 和光纤的耦合效率,又可以大大降低耦合反射对D FB 等激光器的影响。
简单介绍了这种尖锥端光纤的制造技术,通过精密的磨抛加工,即可获得理想的尖锥端。
用自行加工制备的尖锥端光纤与D FB 半导体激光器耦合,实际测量的耦合效率最大达7319%,反射损耗优于50dB 。
关键词 尖锥端光纤,高效率,低反射,模式耦合理论1 引 言 光纤和半导体激光器耦合是光纤通信系统中获得高性能光源的重要技术之一。
耦合技术的进步,直接影响光纤通信系统的性能。
光纤和LD 耦合发展过程大致是:LD 和平端光纤→透镜+平端光纤→球端光纤(微透镜光纤)→自聚焦透镜+光隔离器+光纤→双曲线端光纤和尖锥端光纤。
这个过程是为了获得性能更好的光纤通信系统用光源。
总起来说,一个优秀的耦合应该是效率高,获得尽可能大的出纤功率,以有利于扩展系统的传输距离和提高系统的信噪比;反射小,尽可能减少耦合反射光对半导体激光器工作特性的影响。
因为即使很小的反射,也将影响激光器振荡频率的稳定性,影响激光谱线宽度、动态响应及功率起伏而产生的强度噪声[1～3]。
下面首先用模式耦合理论来分析尖锥端光纤头的耦合效率及反射损耗,然后介绍光纤头的工艺加工过程及测量的实验装置,最后比较理论和实测的结果。
2 理论模型图1用于计算的模式耦合理论模型简图F ig .1Geom etry fo r the calculati on ,show ing thelocati on of the laser and the m icro lens为了设计出最佳角度的尖锥端光纤,我们应用一个模式耦合理论模型来计算半导体激光器和尖锥端光纤的耦合效率及反射损耗。
这个模型由以下几个部分组成:(1)半导体激光器和光纤中模场的高斯模近似;(2)高斯模的传输规律;(3)尖锥端光纤的模场相位传输因子;(4)用来计算耦合效率和反射损耗的模式匹配公式。
如上面所说,假设光纤和LD (半导体激光器)的模场为高斯模场,这是基于电磁场理论推得的单模光纤和LD 的模场很接近于高斯模场分布而得的。
通常LD 的模场为椭圆形,则其在出射窗口处的横向场分布可表示为Ωl (x ,y )=A l e-x w ox 2+yw oy 2(1)其中x 轴和LD 的结平面平行,A l 为场振幅,w ox 和w oy 分别为LD 在x 和y 方向的模半径,并假定高斯光束的束腰在LD 的出射端面处。
另外光纤中模场为圆形,则其横向场分布可表示为Ωf (x ,y)=A f e -x w f 2+y w f 2(2)其中A f 为场振幅,w f 为光纤中的模半径。
利用高斯模的传输规律,我们可以得到经过一段距离z 之后的LD 模场分布。
其表达式为[4]Ωlz (x ,y ,z )=A l (w ox w oy )1 2[w x (z )w y (z )]1 2e -x w x (z )2+y w y (z )2 e -ik x 22R x (z )+y 22R y (z ) e -ikz e i <x (z )+<y (z )2 (3)w x (z )=wox 1+z Z ox 2(4)Z ox =Πw 2ox Κ(5)R x (z )=z +Z 2ox z (6)<x (z )=tg -1zZ ox(7)其中k =2Π Κ,w x (z )和R x (z )分别为波前在x 轴方向的模半径和曲率半径,以y 代替x 则可得w y (z ),Z oy ,R y (z )和<y (z )的表达式。
光纤头处的尖锥相当于在光纤端面上加了一个微透镜,起到一个传输因子的作用。
本文就是利用这个传输因子来使LD 的光场和光纤中的传输光场达成匹配。
考虑到光纤中纤芯和包层的折射率相差很小,故可用同一个折射率来表示它们,在此前提下可得尖锥光纤头的传输因子为Ω<(x ,y ,z )=e ik (n 1-n 2)x 2+y 2ctg (Η)(8)其中Η为半锥角,n 1和n 2分别为光纤和空气中的折射率(见图1)。
式(8)反映出Η因子在匹配过程中的重要性。
最后利用模场匹配公式,对光纤中的模场Ωf 和经过距离z 及传输因子变换后的模场Ωi =Ωlz Ω<进行计算,可得两模场间的匹配系数,而此匹配系数即为LD 到光纤的耦合效率Γc[4],故有Γc = ∫+∞-∞Ωf Ω3lz Ω3<d A 2∫+∞-∞Ωf Ω3f d A ∫+∞-∞Ωlz Ω3lz d A (9)通过改变轴向距离z 和半锥角Η,我们可以获得最大耦合效率。
当然,最大耦合效率的大小是和LD 的模半径、光纤的模半径及LD 的波长相关的。
当我们来计算尖锥端光纤头的反射损耗时,只需对入射光场和反射光场进行模场匹配计算即可。
而反射光场是入射光场经尖锥头的传输因子变换得来的。
此时,由于反射光和入射光741期韦朝炅等:尖锥端光纤和半导体激光器的耦合方向相反,且经光锥头有来回两次传输变换,故尖锥头的传输因子就变为(10)R ,可得反馈率Γr [4]Γr =R∫+∞-∞Ωlz Ω3lz Ω3<r d A 2∫+∞-∞Ωlz Ω3lz d A ∫+∞-∞Ωr Ω3r d A (11)同样改变轴向距离z 和半锥角Η可以减小反馈率(即加大了反馈损耗)。
此理论模型同样适合于计算其它形状的微透镜光纤(如球形、拉锥形及双曲面形等)。
需指出此理论模型中耦合效率的计算忽略了微透镜端面处的菲涅耳反射,故计算结果要比实测值偏大。
3 制作尖锥端光纤头的新技术 通过改造一个“迷你”钻,使装在光纤盒中的光纤随“迷你”钻一起旋转,而在光纤的另一头图2磨抛法加工尖锥光纤头简图F ig .2D iagram of the fiber m icrom aching setup 有一个高速旋转的精细砂盘,则旋转的光纤头在旋转的砂盘上就会形成一个尖锥。
为了确保光纤头的质量,整个加工过程都是在显微镜下进行的,加工简图见图2。
为了得到一个高质量的光纤头(见图3所示),我们设计了一个特别的装置(图2中的sp ecial cli p )来保证光纤旋转时无抖动。
这种加工方法也可用来制作别的微透镜(如楔形光纤头)。
尽管光纤头的加工过程是手工操作的,但它易于改造成自动控制加工方式,这是此法的潜力之一。
虽然有人用化学腐蚀法[5]加工出了尖锥端光纤头,但是它的加工过程中会用到有毒溶剂,对人体有害,且加工时间长。
图3用扫描电镜拍摄的尖锥端光纤头照片,(a )的放大倍率为100倍,(b )的为1500倍F ig .3Scanning electron pho tom icrograph s of a conical m icro lens on the end of a single 2mode fiber w itha m agnifying pow er of 100×(a )and 1500×(b )84中 国 激 光25卷4 实验结果411 耦合效率测量耦合效率时,可以先用一个积分球测出LD 的总出射功率,然后在测量出经光纤耦合后的出纤功率,进而可以计算出耦合效率来。
光纤和LD 耦合时,光纤固定在一个五维微调节架上,以保证能测出最大的耦合效率。
实验中所用的激光器是113Λm D FB 激光器,其x 和y 方向的模场半径分别为w x =0.6Λm ,w y =0.8Λm 。
光纤为单模光纤,其模场半径为w f =5.0Λm 。
实测在锥角2Η=120°处有最大耦合效率,图4给出了理论计算和实测的耦合效率Γ与半锥角Η的曲线图。
从图4可见,理论计算和实测都表明在Η=60°附近有最大耦合效率(计算值为87%,实测值为72%)。
图5给出了理论计算和实测的归一化耦合效率与耦合距离间的曲线图。
从图4和图5可看出理论计算和实测符合得很好。
图4耦合效率Γ与半锥角Η的曲线图F ig .4Coup ling efficiency Γas a functi on of halfof the cone angle Η图5归一化耦合效率与耦合距离间的曲线图F ig .5N o r m alized coup ling efficiency versus axial distance用我们所磨的尖锥光纤头在武汉电信器材公司和中国科学院半导体所做耦合实验时,也分别获得了7319%和63%的耦合效率。
从理论分析和实验检验中,我们发现高的耦合效率既需要有一个最佳锥角,又需要光源的椭圆度较小。
当激光器的发射模场近似为圆对称时,其模场半径为w 0=0.1Λm ,假设光纤的模场半径为w f =5.0Λm ,则理论计算表明在锥角2Η=100°处可有95%的耦合效率。
此外我们还尝试加工了一个大芯径(外径为400Λm )的尖锥光纤头,用于LD 泵浦光源系统中。
实测用这种光纤头将泵浦光耦合到被泵浦晶体中的耦合效率可达50%以上,而一般用透镜耦合来泵浦晶体的耦合效率只有30%左右。
412 反射损耗反射大小的测量是非常困难的。
我们在实验中应用测量系统特性来评价耦合反射的大小。
在模拟光纤通信系统中,系统的载噪比CN R 受激光器、光接收机、放大器等的噪声影响,为了达到应用系统CN R =50dB 的指标,要求光源D FB 的强度噪声R I N <-150dB H z 。
而激光器的R I N 受反射影响,反射的存在将恶化激光器R I N ,为此,要求反射损耗≥50dB 。
光纤链路中反射除耦合反射外,还有连接器及接收机处产生的反射。
实验中,光纤直接和D FB 激光器耦合,连接器的反射低于-50dB ,用频谱分析仪测量CN R 。
在接收端测得系统的载噪比R IN 941期韦朝炅等:尖锥端光纤和半导体激光器的耦合05中 国 激 光25卷说明,尖锥端光纤耦合的反射损耗是足够大的,基本上没有引起D FB激光器强度噪声的恶化。
为了对比,我们也用尖锥端光纤和球端光纤耦合的反射比较,两种光纤分别和F2P激光器耦合,测量接收机输出的强度噪声。
当球端光纤和F2P激光器耦合,R I N为-110dB H z;当用尖锥端光纤和F2P激光器耦合,R I N为-129dB H z。