半导体激光器线阵的棱镜组光束整形器和光纤耦合输出
半导体激光器光束准直技术研究
半导体激光器光束准直技术研究摘要：相较于其他激光器，半导体具有结构简单、功耗低、操作方便等优点，且目前已广泛应用于激光领域，例如：激光通信、激光测距等。
基于半导体激光器的基本结构，在垂直于结平面方向上，它发出的光束的发射角大小大约为30o；而在平行于结平面方向上，它的发射角大约为10o。
正是由于两者的发射角相差太大，所以半导体激光器在应用过程中，利用特殊的光学系统对其输出光束进行准直是非常有必要的。
本文开篇部分主要介绍了半导体激光器的发展现状和准直意义，中间部分主要讲述了半导体激光器的基本原理与结构分类，最后大概介绍了一些半导体激光器光束准直方法。
关键词：半导体激光束；准直；整形一、半导体激光器的发展现状和准直意义半导体激光器从二十世纪六十年代开始发展，较其他激光器落后几年，如今半导体激光器的技术已相当成熟。
二十世纪七十年代开始，人们重点研究了半导体激光器的动态特性，使其主要朝着两个方面发展，其一是功率型激光器，主要以提高光功率为主；其二是信息型激光器，主要以传递信息为主。
近年来，人们也研发出了高功率半导体激光器，其指的是脉冲输出功率在5W以上，且连续输出功率在100mW以上。
二十世纪九十年代，在泵浦固体激光器的作用下，高功率半导体激光器的研发取得了实质性进展，主要指半导体激光器的连续输出功率可以达到5W~30W左右，得到了很大的提高。
现在，高功率半导体激光器在国内外的发展已相当白热化，其中国外商品化的大功率半导体激光二极管阵列已达到千瓦级别，而国内的样品器件要稍微落后一点，但也已达到了600W。
现如今，半导体激光器已广泛应用于各行各业，但是在应用过程中，出现了一些问题，主要是由于半导体激光器的波导结构造成的。
这些问题主要表现在三个方面：其一，半导体激光束在快轴方向和慢轴方向的发射角之间相差太大，其中在慢轴方向的发射角大概在10o左右，而在快轴方向上的发射角甚至可以达到60o左右；其二，半导体激光器具有固有像散，即半导体激光器在慢轴和快轴两个方向上的束腰不在同一地方；其三，半导体激光器的远场的光斑为椭圆形的。
高功率线阵半导体激光器光纤耦合设计
ｍｉ ｒｏ ｉ ｄｅ ｇ ｄ ｏ ｒ ｒ Ｓ ｓｉ ｎｅ ｔ ｄｅ ｏ ｉ ｓ ａｓ ｒ ｅ ． ｔ ｅ ｆ ｒｍ ｔ ｌ ｅ ｂ ａｒ． ｈ ｒｅ ｕｌ ｉ ｃ Ｃ ａｔ ｄ ｓ ｔ Ｓ ａｌ Ｕｌ ｅ ｂｙ ａｙ ｒ ｅ ｎｄ ＢＣ ｌ ｏ ｇ ｕｓ ｂ ａｍ， ｒ ｔ ａｃ ａ Ａ Ｄ ａｗ ｆ ａ ｓ ｅ ｔｅ ｈ ｒｅ ｕｌ ｉ ｓ ｔ ｎｄｉ ｔｅ ｈａ ｔｈ ｄｅ ｒ ｎｇ ｙ ｅ ￣ ｉ ｏｕ ｅ ｔ ｅ ｌ ｇ ｏ ａ ０ ｍ ｃａ ｔ ｔ ｅ ｆｏ ｍｉ ｓ ｓｔ ｍ ： ｌ ａ ｃ ｐｌ ｈ ｈｔ ｆ ｌ ｍ ｗｉ ｔｈ ｌ ｅ ｄｉ ｄｅ ｌ ｉ ｒ ｉ ｄ ａｓ ｒ ｏ ｌ ｉ ｅａ ａｒ ａｙ ｒ
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 ）
１ ９
高 功 率 线 阵 半 导 体 激 光 器 光 纤 耦 合 设 计
武 德 勇 高 松 信
提
严地 勇
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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。
半导体激光器件中的输出光束质量改善方法
半导体激光器件中的输出光束质量改善方法随着科技的不断发展，半导体激光器件在照明、通信、医疗等多个领域中得到了广泛应用。
然而，半导体激光器件在输出光束质量方面还存在一些问题，如光束发散角度大、光束质量差等。
本文将介绍几种常见的半导体激光器件中的输出光束质量改善方法。
首先，我们需要了解什么是半导体激光器件中的输出光束质量。
半导体激光器件中的输出光束质量通常可以用光束发散角度和光束质量因子来描述。
光束发散角度是指光束扩展的角度，光束发散角度越小，光束的聚焦能力越好，光束能够更好地传输和聚焦。
光束质量因子是衡量光束质量的一个参数，光束质量因子越小，光束质量越好。
因此，改善半导体激光器件中的输出光束质量，就是要降低光束发散角度，提高光束质量因子。
一种常见的方法是采用外腔设计。
在半导体激光器件中，通过在激光器前端和后端设置透镜、反射镜等光学元件，形成一个反射光学系统（外腔），可以有效地改善输出光束发散角度和光束质量。
外腔系统可以使光束在传输过程中经过多次反射和聚焦，使光束发散角度变小。
此外，外腔系统还能够减少激光器件中的非线性效应，提高激光器的效率和稳定性。
第二种方法是采用倍频技术。
倍频技术是通过非线性光学效应将原来的激光光束转化为具有较小波长的光束。
这种方法可以有效地提高输出光束的质量因子，降低光束的发散角度。
常见的倍频技术有倍频晶体和倍频光纤。
倍频晶体是利用某些晶体材料的非线性光学效应，将激光光束中的光子的能量加倍，输出具有较小波长的光束。
倍频光纤则是利用光纤中的非线性效应，将激光光束中的光子的频率加倍，输出具有较小波长的光束。
倍频技术可以在不增加光束发散角度的情况下有效地提高光束质量。
第三种方法是采用相位调制技术。
相位调制技术是通过改变激光光束的相位分布，达到改善光束质量的目的。
常见的相位调制技术有空间相位调制和波前调制。
空间相位调制是通过调制光束的相位，改变光束的波前形态，控制光束的传输特性。
波前调制则是在光束传输路径上加入透镜、反射镜等光学元件，通过调整元件的形状和位置，实现对光束相位的调制，从而改善光束的质量。
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告1．前言近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。
相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。
由于单管半导体激光器（LD）的输出功率受限于数瓦量级，远不能满足高功率光纤激光器泵浦源的要求，要获得更大输出功率须采用具有多个发光单元的激光二极管阵列（LD Array）。
按照结构形式的不同，激光二极管阵列分为线阵列（LD Bar）和面阵列（LD Stack），分别如图1(a)和(b)所示，其中LD Bar的输出功率一般在数十瓦至百瓦量级，而LD Stack的输出功率一般在数百瓦乃至上千瓦。
无论是单管LD还是LD Array，由其固有结构特点决定了半导体激光器具有光束发散角较大，输出光束光斑不对称，亮度不高等问题，给作为高功率光纤激光器泵浦源的实际应用带来很大困难和不便。
一个较好的解决方法是将半导体激光耦合进光纤输出，这样既可以利用光纤的柔性传输，增加使用的灵活性，又可以从根本上改善半导体激光器的输出光束质量。
Fig.1 （a）LD Bar 和（b）LD Stack大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术作为一项高新技术，具有很高的技术含量，涉及半导体材料、纤维光学技术、微光学技术、微精细加工技术和耦合封装技术等关键单元技术。
目前为止，大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术主要采用两条技术路线：光纤束耦合法和微光学系统耦合法。
下面将主要以LD Bar 光纤耦合技术为例，就该两种方法进行详细阐述。
2．大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术2．1光纤束耦合法光纤束耦合法（又称光纤阵列耦合法）是早期使用的一种光纤耦合技术，具有结构简单明了、耦合效率高、各发光元的间隙不影响整体光束质量和成本低等优点。
用于半导体激光器的棱镜整形方法
用于半导体激光器的棱镜整形方法半导体激光器是一种常用的光学器件，其具有小体积、低功耗和高效率的特点，广泛应用于光通信、医疗器械、激光打印等领域。
在实际应用中，为了获得更好的激光光束质量和调节激光光束的形状，需要对激光光束进行整形。
棱镜整形方法是一种常用的激光光束整形方法，本文将详细介绍该方法的原理、优缺点以及应用案例。
棱镜整形方法是指通过在激光器输出光束前放置一组棱镜，通过棱镜的折射、反射和总反射等效应，实现所需光束的整形。
具体来说，棱镜整形方法可以将初始的高斯光束转换为扁平、或者圆形、或者其他形状的光束。
棱镜整形方法的优点之一是可以灵活调节光束的形状。
通过选择适当的棱镜形状、尺寸和排列方式，可以实现对光束的精确调节。
例如，使用准直棱镜可以将初始的激光光束变为平坦的光束，适用于一些需要平行光束的应用场合；使用聚焦棱镜可以将初始的激光光束聚焦为较小的尺寸，适用于高精度的激光切割和焊接等应用。
此外，棱镜整形方法还可以提高激光器的光束质量。
由于激光器输出的光束往往会因为自发辐射或其他因素的干扰而失去高斯光束的良好性质，棱镜整形方法通过调整光束角度、形状和尺寸，可以改善光束的光学质量。
这对于一些对光束质量要求较高的应用非常关键。
然而，棱镜整形方法也存在一些缺点。
首先，由于棱镜在光束传输中也会吸收和散射部分光能，因此会损耗部分能量，导致激光器的输出功率降低。
其次，棱镜整形方法对光束的整形效果依赖于棱镜的材料和制造工艺，因此需要对棱镜进行精密加工和表面处理，增加了生产成本。
另外，棱镜整形方法对光束的整形效果也会受到温度、压力和湿度等环境因素的影响。
最后，棱镜整形方法在实际应用中有许多成功的案例。
例如，在光通信领域，使用棱镜整形方法可以将激光光束整形为扁平的横截面，以适应光纤传输的需求；在医疗器械领域，使用棱镜整形方法可以将激光光束聚焦成较小的尺寸，用于眼科手术等高精度治疗过程。
此外，棱镜整形方法还广泛应用于激光打印、激光切割、激光焊接等领域，为这些应用提供了高质量的激光光束。
光纤激光器光路结构
光纤激光器光路结构1.激光器主体：激光器主体是光纤激光器的核心部分，由激光介质、前置反射镜、曲面反射镜、输出光耦合镜和冷却装置等组件组成。
激光介质可以是固体、气体、液体或半导体等材料，根据激光介质的不同，光纤激光器的工作原理也不同。
2.光纤耦合系统：光纤耦合系统用于将激光器主体中生成的激光束耦合到光纤中进行传输。
光纤耦合系统由指向性光耦合器、调制器、光纤接头和光纤调制器等组件组成。
光纤耦合器的作用是调整激光束的入射角度和位置，使其能够准确地耦合到光纤的端面上。
光纤调制器用于调整激光束的功率和频率。
3.光泵浦系统：光泵浦系统用于提供激活激光介质所需的能量。
常见的光泵浦系统包括光电子器件、光泵浦源和光泵浦控制系统等。
光电子器件可以是闪光灯、激光二极管或激光二极管阵列等。
光泵浦源通过电流或能量转换器信号向光电子器件提供所需的能量。
光泵浦控制系统用于调节光泵浦源的工作状态，以满足不同工作条件下的能量需求。
4.输出光路系统：输出光路系统用于将传输到光纤中的激光束输出到目标位置。
输出光路系统由光纤、光纤接头、配光器、滤光镜和光束调整器等组件组成。
光纤接头的作用是将传输到光纤中的激光束与外部设备进行连接。
配光器用于调整激光束的尺寸和形状，以满足不同应用需求。
滤光镜则用于过滤掉非激光光线和杂散光，以保证纯净的激光输出。
综上所述，光纤激光器的光路结构包括激光器主体、光纤耦合系统、光泵浦系统和输出光路系统。
通过这些组件的协同工作，光纤激光器能够产生高功率、高亮度的激光束，并将其有效地传输到目标位置。
光纤激光器在通信、材料加工、医疗、仪器仪表等领域具有广泛的应用前景。
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第34卷第5期2008年9月 光学技术OPTICAL TECHN IQU E Vol.34No.5Sep. 2008文章编号:100221582(2008)0520664203半导体激光器线阵的棱镜组光束整形器和光纤耦合输出Ξ王春灿1,2,张帆1,刘楚1,宁提纲1,简水生1(1.全光网络与现代通信网教育部重点实验室,北京 100044;2.北京交通大学光波技术研究所,北京 100044)摘 要:针对半导体激光器线阵输出光束快慢轴方向光参数积不对称问题,提出并制作了基于直角棱镜片的光束整形器,其具有结构简单紧凑,制作安装容易的特点。
通过数值仿真和实验对光束整形器进行了分析,研究表明整形器实现了半导体激光器线阵输出光束的对称化,并且光束经过透镜聚焦后对数值孔径为0.46,直径为200μm 的光纤进行耦合,效率为53%。
关键词:激光技术;光束整形;半导体激光器线阵;光纤耦合中图分类号:TN248.4 文献标识码:APrism groups beam shaper and f iber coupling of the laser diode arraysWANG Chun 2can 1,2,ZH ANG Fan 1,LI U Chu 1,NI NG Ti 2gang 1,J I AN Shui 2sheng 1(1.K ey Lab of All Optical Network &Advanced Telecommunication Network of EMC ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China )(2.Institute of Lightwave Technology ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :The emission beam of the laser diode arrays (LDA )has an asymmetrical distribution and is astigmatic ,that is ,the waists and divergences of the beam in the fast and slow axes are different.To equalize the beam parameter products (BPP )of the asymmetrical laser beam ,a new beam shaper based on the prism groups is developed and demonstrated by experiment.Byfocusing the reshaped beam into an optical fiber with the diameter of 200μm and numerical aperture of 0.46,high quality laser beams can be obtained and the overall efficiency is 53%.K ey w ords :laser technique ;beam shaping ;laser diode arrays ;fiber coupling0 引 言近年来由于大功率半导体激光器线阵(LDA )具有体积小、光电转换效率高、工作寿命长和较高的高性价比等优势,在材料加工、激光医疗和固体激光器的泵浦源等方面得到广泛地应用。
半导体激光器线阵的输出光束具有不对称性,即在垂直于p 2n 结的方向上发光区宽约1μm ,输出光束的发散角为30°～60°,这一方向称为快轴,在平行于p 2n 结的方向上发光区宽约10mm ,发散角约为10°,其称为慢轴。
例如nlight 公司60W 半导体激光器线阵是由49个发光单元以间隔100μm 周期沿慢轴方向排列组成,每个发光单元尺寸为1μm ×100μm (快轴尺寸×慢轴尺寸),整体半导体激光器线阵的发光面尺寸为1μm ×10mm ,发散角为36°×10°。
一般用拉格朗日不变量,也称作光束参数积(BPP )来描述光束质量,其值为光斑尺寸与发散角度的乘积,则快轴和慢轴两个方向上BPP 分别为0.6和1745mm ・mrad 。
图1给出了上海恩耐公司的60W 半导体激光器线阵的输出光束强度分布,由SPIRICON M 22200光束质量分析仪测得,可以看出光束沿快慢轴两个方向上是不对称的。
因此,如果要把LDA 输出光束耦合进光纤,需要首先通过光束整形技术将LDA 输出光束进行对称化。
目前,国内外所用的整形技术有双平面镜反射法[1]、阶梯反射镜法[2]、微片棱镜堆整形法[3]、衍射元件法[4]等。
本文报道利用直角棱镜组对LDA 输出光束进行整形的方案,其特点是结构简单紧凑,制作和安装较为容易,并且成466Ξ收稿日期:2007211221;收到修改稿日期:2008201221 E 2m ail :xzwangchuncan @ ;ssjian @基金项目:国家自然科学基金、北京市自然科学基金(4052023)、新世纪优秀人才支持计划(NCET 20620076)、北京交通大学校科技基金(2006XM003)资助);北京交通大学科学技术基金(2004RC073);北京交通大学专项研究员基金(48101)作者简介:王春灿(19752),男,江苏人,北京交通大学博士研究生,从事光纤激光器与光器件方面的研究。
图1 60W 半导体激光器线阵沿快慢轴方向上的输出光束强度分布本低廉。
1 理论分析由于慢轴方向上的光参数积远远大于快轴,所以光束整形的目的是使快慢轴两个方向上的光参数积值相接近,从而实现光束的对称化。
光束整形原理如图2所示,其过程分为两个步骤:第一步,将准直后的LDA 输出光束沿x 轴(慢轴)方向等分为N 段,通过位移将N 小段光束沿y 轴(快轴)方向依次等间隔排列;第二步,在第一步的基础上将重新排列的光束分别沿x 轴平移得到x 轴和y 轴方向上长度分别为L x 和L y 的光斑。
假设BPP 0x (BPP 0y )和BPP 0x (BPP 1y )分别表示慢轴(快轴)方向上整形前后的光参数积,则B PP 1x=B PP 0x N; B PP 1y =B PP 0y ・N(1)图2 光束整形原理 若要满足光斑对称化的条件即BPP 1x =BPP 1y ,则有N =ceilEPP 0x EPP 0y(2)其中ceil ()是取整函数。
2 整形器件的设计因为LDA 直接输出的光束发散角太大,所以输出光在整形前经过了快慢轴准直,准直后快慢轴方向上的发散角分别为0.25°和3°,光束尺寸为0.85mm 和10mm ,则BPP 0x =523.6mm ・mrad ,BPP 0y =3.7mm ・mrad ,由公式(2)可得N =12时整形效果是最好的,但是本文为了便于制作,取N =10,这样整形后BPP 1x =52.36mm ・mrad ,BPP 1y =37mm ・mrad ,二者比较接近,从而实现光束的对称化。
制作整形器件采用20个厚度为1mm 的直角等腰棱镜片,棱镜片的直角边长取20mm ,其尺寸还可以进一步缩小以减小光程,这样有利于降低光束的损耗和提高器件的紧凑性。
整形器件的详细结构参见图3,可以看到整形器是由两个相同结构的棱镜组构成,需要注意的是在棱镜组中,相临两个棱镜片沿直角边错开1mm ,LDA 输入光束由棱镜的直角边垂直入射,经过斜边全反射后从另一直角边输出,光束经过第一组棱镜后沿慢轴等分为十段,并且沿快轴依次产生1mm 的位移,可以从图4(a )看到用光学软件ZEMAX 计算的仿真结果。
光束经过第一步的位移后再通过第二组棱镜使得十段光束沿快轴方向依次对齐排列,同样在图4(b )给出了仿真结果。
图3 利用两组直角棱镜进行光束整形的过程(a ) (b )图4 软件ZEMAX 的仿真结果(a )经过第一组棱镜的输出光束沿慢轴等分并位移;(b )经过第二组棱镜整形后的输出光束。
3 实验结果与分析图5为实际制作的棱镜组外观图,可以看到棱镜组由十片直角等腰棱镜构成,相临棱镜沿其中一条直角边平移1mm 。
图6给出了LDA 输出光束分566第5期王春灿,等: 半导体激光器线阵的棱镜组光束整形器和光纤耦合输出图5 棱镜组实物照片图6 光束经过第一组棱镜(a )和第二组棱镜(b )整形后的输出光束图像别经过第一组和第二组棱镜后的光斑照片,可以看到通过整形实现了光束的重新排列,但是同时也注意到整形后的光束排列不完全均匀,这主要是由于棱镜片组装时的误差造成的。
图7给出了光束经过整形后的光强分布,对比图1可以看出光束经过重新排列沿快轴方向光斑尺寸增加,而慢轴方向的尺寸减少,从而实现了光束整形。
经过整形后的光束虽然快慢轴方向上的光参数积已经接近,但是,在慢轴方向上的发散角仍然大于快轴发散角,所以需要用一个柱透镜对慢轴进行准直,再用一个球面凸透镜聚焦,最后耦合进光纤。
图8给出了整形后的光束耦合进一根直径为200μm ,数值孔径为0.46的光纤后,耦合输出功率随LDA 输出功率的变化趋势,其效率为53%。
光功率的损耗主要是由于材料损耗、菲涅耳反射、衍射损耗引起的,因此可以通过进一步缩小棱镜尺寸从而减小光程,棱镜和透镜的镀膜以及进一步优化慢轴的分段数N 来实现耦合效率的进一步提高。
4 结 论本文利用直角棱镜片制作了LDA 光束整形器,其具有制作简单、结构紧凑和安装容易的特点,整形后的光束可以耦合进直径200μm ,数值孔径为0.46的光纤,效率为53%,可以通过进一步提高安装和制作工艺来提高耦合效率。
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