高亮度光纤耦合半导体激光器
高功率线阵半导体激光器光纤耦合设计
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聚 成一 接近 圆 形 的光 斑 ， 以便 于耦 合 进 单根 光 纤 中 。 ３ ．１ 快 轴 准 直
高功率 Ｄ Ｌ的光纤 耦合输 出 ，可使 靶 目标得 到一 高
功 率 密度 ，圆 形 光斑 的 激 光 ， 并 且使 用 非 常方 便 灵活 ， 这对 于促进 Ｄ Ｌ应用是很 有 意义 的
维普资讯
Ⅸ 激光杂志 ２ ０ ． ．．０ ２ ＡＳ Ｒ Ｊ Ｖｏ．３Ｎｏ５ ２０ ）
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高 功 率 线 阵 半 导 体 激 光 器 光 纤 耦 合 设 计
武 德 勇 高 松 信
提
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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。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源808nm光纤耦合半导体激光泵浦源是一种利用光纤耦合技术，将激光器的输出光束耦合到光纤中进行激光泵浦的一种光纤耦合激光器源。
它具有方便性、高效性和稳定性等特点，在现代光通信和光电器件领域有着广泛的应用。
本文将从原理、结构和应用领域等方面介绍808nm 光纤耦合半导体激光泵浦源。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的原理是利用半导体激光器产生808nm波长的光束，通过透镜将光束聚焦到光纤的输入端，然后通过光纤传输到输出端，从而实现对目标物质的泵浦。
在光纤耦合激光器源中，光纤起到了光束传输的作用，避免了传统激光器泵浦源中存在的激光束扩散、气动光损耗等问题，提高了光能利用率和泵浦效率。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的结构主要包括激光器、透镜、光纤和输出端。
激光器是光源，产生波长为808nm的激光光束。
透镜起到聚焦和耦合的作用，通过调整透镜的位置和焦距，实现光束的聚焦和耦合效果。
光纤作为传输媒介，将激光光束从输入端传输到输出端。
输出端通常配备有滤光片和准直透镜，用于过滤杂散光和调整激光的准直性。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：首先，光通信领域。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源可以作为光纤放大器的泵浦源，用于放大光信号，提高光通信系统的传输距离和信号质量。
另外，它还可以用于光纤激光器的泵浦源，产生窄线宽、高功率的激光光束，用于光纤光通信系统中的光谱分析、光纤传感器等应用。
其次，光电子器件领域。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源可以用于激发固体或半导体材料中的光电子材料，产生特定波长的光激发物质的电子跃迁过程，实现电子的能级转移和激发态的产生，从而实现激光器、光电二极管、光电晶体管等光电子器件的制备。
再次，生物医学领域。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源可以用于激发生物标记物（如荧光染料）的荧光发射过程，实现生物体内的光学成像、光热治疗、光动力疗法等应用。
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。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源808nm光纤耦合半导体激光泵浦源是一种新型的光学器件，采用光纤耦合技术将半导体激光泵浦源与光纤进行耦合，使得激光器的输出光功率更稳定，噪声更小，应用范围更广泛。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的工作原理是通过电流驱动半导体激光器的发光二极管，将电能转化为光能。
在808纳米的波长下，激光泵浦源具有较高的光转换效率，并且具有较低的发热量。
同时，采用光纤耦合技术可以将激光器产生的热量快速传导到散热系统中，有效降低了器件的温度，提高了激光器的工作稳定性和寿命。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源具有以下几个特点：首先，具有高功率稳定性。
激光泵浦源采用与光纤绑定的方式，可以大大减少光纤的损耗，并且能够在较长距离内保持光功率的稳定。
这使得激光器的输出功率更加一致，提高了激光器的工作效率和性能。
其次，具有低噪声。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源在工作过程中减少了光学器件的振动和震动，从而降低了激光器的噪声水平。
这使得激光器在科研、医疗和工业等领域中的应用更加广泛，例如激光医疗器械、激光打标机等。
再次，具有高光质量。
808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的输出波长符合激光输出的最佳波长范围，可以获得高光质量的激光束。
这对激光器应用中需要高光质量的场景，如光通信和激光测距等领域有着重要的意义。
此外，808nm光纤耦合半导体激光泵浦源还具有小尺寸、低成本、易于集成等优点。
光纤耦合技术使得激光器的结构更加紧凑，便于在各种设备和系统中进行集成。
同时，由于其制造工艺相对简单，所以其成本也相对较低。
综上所述，808nm光纤耦合半导体激光泵浦源是一种具有高功率稳定性、低噪声、高光质量的光学器件。
它的出现不仅拓宽了激光泵浦源的应用领域，而且提高了激光器的性能和可靠性。
随着技术的不断发展，相信这种光学器件将会在更多的领域中得到应用，推动科技的进步和创新。
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。
光纤耦合输出半导体激光器制作过程
光纤耦合输出半导体激光器制作过程光纤耦合输出半导体激光器（Fiber-Coupled Output Semiconductor Laser）是一种利用光纤将激光输出的半导体激光器。
它能够有效地将激光器的输出束聚焦到光纤中，具有小尺寸、高功率输出、方便集成等特点。
本文将介绍光纤耦合输出半导体激光器的制作过程。
1. 材料准备光纤耦合输出半导体激光器的制作过程涉及到多种材料，包括半导体片、光纤、封装材料等。
在准备材料的过程中，需要确保材料的质量和稳定性，以保证后续工艺的可靠进行。
2. 半导体片生长首先，需要进行半导体片的生长。
半导体片是激光器的核心组件，其性能直接影响着后续激光器的性能。
常用的半导体材料包括GaAs （砷化镓）和InP（磷化铟）等。
通过分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）等技术，可以在半导体衬底上生长出具有所需能带结构的半导体片。
3. 制备激光器结构接下来，需要将半导体片加工成激光器的结构。
这个过程通常包括光刻、腐蚀、沉积等步骤。
通过光刻技术，可以在半导体片上定义出激光器的电极形状和波导结构。
然后，通过腐蚀和沉积等工艺，可以形成激光器的电极和波导结构。
4. 管芯封装激光器的制备需要将其封装到一个管芯中，以保证激光输出的稳定性。
在管芯封装的过程中，需要将半导体片与光纤粘合在一起，并对其进行定位和固定。
通常，采用光纤对准和焊接的方法，将光纤与激光器的输出端面精确耦合。
5. 板载封装最后一步是进行激光器的板载封装。
这一步是将激光器结构固定在一个电路板上，并与其他电路元器件进行连接。
板载封装需要考虑到激光器的热管理和电路连接等问题，以确保激光器的性能和可靠性。
通过以上几个步骤，光纤耦合输出半导体激光器的制作过程就完成了。
这种激光器具有输出功率高、稳定性好、尺寸小等优点，广泛应用于光通信、激光医疗、激光雷达等领域。
随着制备工艺和材料的不断改进，光纤耦合输出半导体激光器的性能还将不断提高，应用范围也将进一步扩大。
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。
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高亮度光纤耦合半导体激光器
High Brightness Fiber Coupled Diode Laser
凯普林光电
1 引言
光纤耦合半导体激光器以其体积小、光束质量好、寿命长及性能稳定等优势在各领域得到广泛应用，主要作为光纤激光器的泵浦源、固体激光器泵浦源，也可直接应用于激光医疗，材料处理如熔覆、焊接等领域。
受光纤激光器向高功率方向发展趋势的影响，半导体激光器也在向高功率、高亮度发展，高亮度半导体激光器具有较高的光功率密度，经合束器合束同样成为高功率光纤激光器理想的泵浦源。
目前光纤耦合半导体激光器结构主要有单管耦合激光器、多单管耦合激光器、迷你Bar以及Bar条/叠阵系列，多单管耦合激光器因其具有高可靠性而成为光纤激光器的主流泵浦源之一，本文主要介绍通过多单管光纤耦合技术实现高亮度半导体激光器的技术与实现。
2 多单管结构
多单管结构是将多路分立的半导体激光器发出的光束经过整形、重新排列、合束后耦合进入单根光纤，从而可提高激光器输出功率。
由于分立半导体激光器芯片必须安装在具有一定大小的热沉上，如果直接将多个半导体激光器的输出光束进行排列并聚焦耦合，通常由于受到每个芯片和其热沉体积的限制，合并光束体积较大，很难获得小芯径高亮度的光纤耦合输出。
为减小合并光束的空间体积大小，必须采取一定的措施。
为此，凯普林自主研发的多单管耦合结构采用阶梯热沉、聚焦透镜、耦合光纤以及独特的安装方式，光路设计简化了结构的复杂性，减小了组件的体积，大大提高了半导体激光器输出的功率，同时保证了耦合点的合理工作温度，如图1所示。
在进行多单管耦合前可对分立半导体激光器芯片进行老化筛选，从而保证了多单管耦合后的可靠性。
单管的随机失效特性独立，相比于Bar条、叠阵无热效应干扰，单管的可替换也增加了其耐用性，具有较高的成本优势。
3 光纤耦合
为实现高亮度、高功率输出可增加同时耦合单管半导体激光器的数量来保证较高的输出功率，但将合束后的激光束耦合进入单根光纤中还必须满足三个条件：一是光斑的最大直径小于光纤芯径；二是光束的发散角小于光纤的数值孔径对应的角度；三是激光快、慢轴的光束参量积（BPP，光束束腰半径与发散角半角的乘积）要小于光纤光束参量积。
即
但实际应用中，只有光纤中心的正方形区域是可用区域，如图2所示，耦合光束截面如图3，
对于芯径为200μm，数值孔径为0.22的光纤，它的BPP值为22mm mrad，可耦合的半导体激光束的BPP最大值为：
以9xxnm半导体激光器单支芯片输出的激光光束数据为例，慢轴束腰直径为95μm，发散角半角10°（99%的能量），其光束参量积约为8.3mm mrad；快轴束腰直径1.5μm，发散角半角39°（99%），光束参量积约为0.51mm mrad。
经软件仿真，理论上200μm/0.22NA的光纤中可以耦合28个激光束。
目前，经过多年的技术积累，凯普林9xxnm高亮度光纤耦合半导体激光器最高耦合分立半导体激光器数最高可达20支，激光器实物如图4、图5。
4 结论与展望
本文介绍了一种多单管耦合结构以及实现高亮度激光输出的计算方法，在高亮度半导体激光器领域，多单管光纤耦合技术广泛应用于9xxnm 、793nm 、808nm 等波长激光器中，分别作为掺镱光纤激光器和掺铥光纤激光器以及掺钕固体激光器的泵源；10W-200W 不同功率级别可对应各种工作模式及功率要求的光纤激光器应用。
未来，凯普林将通过增加偏振合束、多波长合束等方法将实现更高亮度的光纤耦合半导体激光器，为高功率光纤激光器用户提供更多的产品与服务。