半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究_图文(精)
实验三、半导体泵浦固体激光器综合实验
半导体泵浦固体激光器综合实验
半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid-state Laser，DPL），是以激光二极管（LD）代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调Q和倍频的原理和技术。
【实验目的】
1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；
2.掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量；
3.了解固体激光器倍频的基本原理。
【实验原理与装置】
1.半导体激光泵浦固体激光器工作原理：
上世纪80年代起，生长半导体激光器（LD）技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小。在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。本实验采用端面泵浦方式。端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式。
①直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。
②间接耦合：指先将LD输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。常见的方法有：
组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。
自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。
三波长合束单管激光器光纤耦合模块设计
三波长合束单管激光器光纤耦合模块设计
刘翠翠;王鑫;井红旗;吴霞;王翠鸾;马骁宇
【摘 要】为了研究以单管半导体激光器为基本单元的高功率、高亮度波长合束光纤耦合模块,设计出新型光纤激光器泵浦模块,基于ZEMAX光学设计软件等设计了一种由30支单管半导体激光器组成、可输出3种波长光束的光纤耦合模块.将经快慢轴整形、空间合束、波长合束、光路转向及聚焦的光束耦合进入芯径105 μm、数值孔径0.22的普通光纤,最终得到尾纤输出端高于357.91 W的输出功率,光纤耦合效率为99.42%,光功率密度为27.24 MW/cm2-stras.为了验证模块的实际操作的可行性,分析了光纤端面法线与入射光束之间的夹角对耦合效率的影响,结果显示该夹角对模块的耦合效率影响较小.同时,应用ANSYS软件对模块散热情况的分析结果可知,模块散热性能良好.故该模块各项性能良好,可靠性较高,实现了高功率、高亮度、多波长的多单管半导体激光器光纤耦合模块的设计目的.%In order to
develop a wavelengths ultiplexing fiber-coupled module of high output
power and high power denisty on the basis of single emitter
semiconductor laser diode,and design a kind of new pump laser for fiber
laser,a new-type fiber-coupled module composed of 30 LDs was designed
based on ZEMAX optical design software,which can output three kinds of
wavelengths. After colli-mation by micro lens,including FACs and
半导体激光器（ＰＤＦ）
北京理工大学博士学位论文
1 半导体激光器
（济南福来斯光电技术有限公司，**************）
1 前言
当前人类正进入信息和智能化的时代。以光电子、微电子为基础的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻地影响着国民经济、国防建设的各个领域，成为世界发达国家竞相发展的高新技术，其中以半导体激光器起着举足轻重的作用。 20世纪60年代到20世纪70年代[1-5]经过各国科学家的不懈努力，实现了半导体激光器的室温、连续激射后，开创了半导体激光器的发展的新时期。以其转换效率高、体积小、重量轻、寿命长、能直接调制等特点成为信息技术的关键器件。其发展速度之快、应用范围之广、波长覆盖范围之宽都是任何其它类型激光器所不能比拟的。目前已经是光纤通信、光纤传感、光盘信息存贮、激光打印和印刷、激光分子光谱学以及固体激光器泵浦（DPSSL）和光纤放大器（SLA）泵浦中不可替代的光源。随着它的输出功率和相干性的不断提高，它也在材料加工、精密测量等方面一展宏图，显示出巨大潜力，正在迅速占领过去由气体和固体激光器占领的一些市场。据统计国内半导体激光器的市场占有率正逐年递增，从90年代初期的不足10%到目前80%以上。 对于半导体激光器在任何领域的应用，总希望其能长期可靠的工作，例如海底通信系统由于维修更换成本很高，因此要求器件可靠工作20年以上[6]，而影响维修周期长短的关键器件就是半导体激光器的工作寿命。因此从90年代初发达国家开始对半导体激光器的可靠性和寿命测试方法开始研究。这些研究归纳起来有两种：第一、加速寿命测量法：如热应力加速测量法[7-9]、电应力加速测量法（包括大电流加速[10]和静电冲击[11]）等等。第二、激光器参数测量法[12]：如电导数测量法、热阻测量法。 确定器件的可靠性和寿命原则上应在特定的工作条件下（电流、功率、温度等）对器件进行考核，直至器件失效。对于高可靠性的电子元器件进行长时间的寿命试验，无论从成本还是时间上来看，都是不合算的，甚至是不可能的。例如对于某种器件，如果要求其失效率为2.6×10-8/小时，抽取1000只进行试验，若允许5只失效，则需试验22年。因此提出了加速寿命试验来评估器件寿命，在严酷的条件下促进某种机理引起失效，利用这种加速实验得到的寿命与正常使用条件下寿命二者之间存在的规律性，就叫做加速寿命试验。即用较短的时间加速老化预测器件寿命。该方法的优点
高功率半导体激光器技术发展与研究
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月
高功率半导体激光器技术发展与研究
刘国军，薄报学，曲轶，辛德胜，姜会林
(长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春130022)
摘要：高功率半导体激光器及阵列具有可用激光波长丰富、电光转换效率高、调制特性好等许
多优点，特别是作为固体激光器和光纤激光器的高效率泵浦源而获得的全固态紧凑型激光器，持续
受到极大的关注，得到快速发展。近年来在高功率阵列半导体激光器模块化技术、超高效率、高效
冷却技术、半导体激光器及阵列的光束质量优化、高效电源驱动技术等方面都取得了长足的进步，
促进了其广泛应用。将结合高功率半导体激光国家重点实验室的研究工作，概述近年来国内外半导
体激光器技术的研究进展状况和发展趋势。
关键词：高功率；半导体激光器；阵列；效率
中图分类号：TN248．4文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)．0004-03
TT●l●1J●t=U2nDOWerSenUConnUCtorIaSe瑙
L脚Guo-j髓，BOB∞妯e，QUYl，ⅪNDe-sheng，JL悄GHui-lin
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炬光科技推出连续阵列半导体激光器光纤耦合模块(FC)系列
ｉ ｊ 秀 露黧
炬光科技推出连续阵列半导体激
光器光纤耦合模块（ＦＣ）系列
２０１０年１月．西安炬光科技有限公司在国内
首次推出连续半导体激光器光纤耦合模块ＦＣ （Ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ）系列产品。这是一款融合了炬光
科技多项创新封装技术的创新型产品．一经推 出，就因其优越的性能和高性价比受到国内外市
场的广泛关注。
单Ｂａｒ光纤祸合系列
该产品对激光器阵列ｂａｒ条产生的光通过微 小光学系统进行准直后高效耦合到光纤阵列之
中，然后将高功率激光以光纤形式输出。ＦＣ系列 包括ＦＣ一８０８—３０Ｗ、ＦＣ一８０８—３５Ｗ和ＦＣ一８０８—４０Ｗ． 即以中心波长为８０８ ｎｍ输出，额定功率分别为
３０，４０，５０ Ｗ。Ｆｃ系列产品具有高功率、高稳定 性、输出光斑均匀、光谱窄等特点，并可以在最 大输出功率范围内连续可调。 ＦＣ系列产品无论在民用还是军事国防领域都
具有极其广泛的应用。可用于激光加工、光纤激
光器或全固态激光器等的泵浦源、激光制导、激 光侦察与对抗、激光摧毁等。 凭借雄厚的研发和生产能力，炬光科技开发
出了ｌｏｗ ｓｍｉｌｅ￣＿艺。对ｌｏｗ ｓｍｉｌｅ，窄光谱高功率激
光束进行整形后，通过高效率耦合工艺实现光纤
高功率输出，使得该产品的性能指标能够很好地 满足国内外客户需要。
ＷＷＷ．ｏｍｅｉｎｆｏ．ｔｏｍ Ｆｅｂ．２０１０ 关于炬光科技 西安炬光科技有限公司是专业从事大功率半
导体激光器研发、生产、销售与应用的公司。炬 光科技拥有高功率半导体激光器封装结构设计一
封装工艺一测试表征一光学整形和耦合一系统集成 完整的半导体激光器生产线，是专业为客户提供
高功率、长寿命、大批量、ＯＥＭ设计的９大系列
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尚德光伏产品检验实验室荣获
ＶＤＥ认可
半导体功率放大激光器耦合效率的研究
第３６卷 第１０期 ２００６年１０月 激光与红外 ＩＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．１０ Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００６
文章编号：１００１－５０７８（２００６）１０－０９３８－０２
半导体功率放大激光器耦合效率的研究
杨 琏 ，杨晓妍 ，朱明方 ，刘 丹 ，王征宇 ，李松柏 ，王安锋 ，博报学 ，任大翠
（１．长春理工大学，吉林长春１３００２２；２．长春一汽技术中心，吉林长春１３００２１）
摘要：通过对波长８０８ｎｍ的ＧａＡＩＡｓ／ＧａＡｓ半导体功率放大激光器端面镀ＳｉＯ减反射膜工艺
过程，从理论和实验上分析了其涂层特性，透射率由无膜时的６９％和３２．６％提高到镀膜后的
９０％和８０％以上，提高器件的耦合效率、输出光功率和工作寿命。
关键词：半导体功率放大；耦合效率；减反射膜 中图分类号：ＴＮ２４８．４ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ Ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ＹＡＮＧ Ｌｉａｎ ，ＹＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｙａｎ ，ＺＨＵ Ｍｉｎｇ．ｆａｎｇ ，ＬＩＵ Ｄａｎ ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ ｙｕ
ＬＩ Ｓｈｏｎｇ．ｂａｉ ，ＷＡＮＧ Ａｎ．ｆｅｎｇ ，ＢＯ Ｂａｏ．ｘｕｅ ，ＲＥＮ Ｄａ．ｃｕｉ （１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １ ３００２２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｆｉｒｓｔ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２１，Ｃｈｉｎａ；）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＳｉＯ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｆａｃｅｔｓ ｏｆ ＧａＭＡｓ／ＧａＡｓ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ａ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ８０８ ｎｍ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｖｉｔｙ ｆａｃｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ６９％ａｎｄ ３２．６％ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏａｔ． ｉｎｇｓ Ｉｏ ａｂｏｖｅ ９０％ａｎｄ ８０％ｗｉｔｈ ｃｏａｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ，ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｌｉｆｅ－ ｔｉｍｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｍｓ
基于ZEMAX的激光与多模光纤耦合系统设计
圈 中文核心期刊 基于ＺＥＭＡＸ的激光与多模光纤耦合系统设计 石科仁，朱长青 （军械工程学院车辆与电气工程系。石家庄０５０００３） 摘要：针对半导体激光器远场光强分布不对称的特点，利用ＺＥＭＡＸ软件的近轴平面ｘＹ实现对激光器快 慢轴不同发散角的模拟。依据多模光纤的数值孔径和芯径的要求，结合几何光学进行光线追迹分析，并 用ＺＥＭＡＸ进行了参数优化，得到了耦合系统的三维视图，系统像面光斑尺寸满足多模光纤耦合要求。最 后，对耦合系统进行了测试实验。 关键词：半导体激光器；耦合系统；ＺＥＭＡＸ；几何光学；多模光纤 中图分类号：ＴＮ３６，０４３５．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２．５５６１（２０１６）０５．００４３．０３ ＤＯＩ：１０．１３９２１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００２—５５６１．２０１６．０５．０１３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺＥＭＡＸ ＳＨＩＫｅ－ｒｅｎ，ＺＨＵ Ｃｈａｎｇ－ｑｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｒ—ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐａｒａｘｉａｌ ＸＹ ｐｌａｎｅ ｏｎ ＺＥＭＡＸ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｂｅａｍ ｄｉ－ ｖｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｇｌｅｓ ｏｆｆａｓｔ ａｎｄ ｓｌｏｗ ｓｈａｆｔｓ ｏｆｔｈｅ ｌａｓｅｒ；ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆｍｕｌ－ ｔｉｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ ｒａｙ ｔｒａｃｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐａ－ ｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ＺＥＭＡＸ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｇｅｔｓ ｔｈｅ ３Ｄ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｓｉｚｅ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍ－ ａｇｅ ｐｌａｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ａ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｓｔ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ，ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ＺＥＭＡＸ，ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｏｐｔｉｃｓ，ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ０引言 半导体激光器体积小．重量较轻，光电转换效率 高．在半导体激光光纤耦合技术领域应用广泛［１】。但 是．由于半导体激光器的有源层宽厚比相差太大。导 致其远场光强分布不对称：光束在垂直于ＰＮ结方向 （即快轴方向）发散角远大于平行于ＰＮ结方向（即慢 轴方向）的发散角。这一特点为激光器的设计与仿真 模拟增加了难度 激光与多模光纤的耦合方式包括光 纤端面制成微透镜的方式和分立的微光学元件的方 式两种囱。大多数耦合装置采用球面微透镜进行耦合． 但考虑到透镜个数较大导致的系统体积的增加．以及 先准直后聚焦过程导致的光功率的损耗．本文拟采用 收稿日期：２０１５—１２—２２。 作者简介：石科仁（１９９０一），男，硕士研究生，主要从事光纤供能系统及 光电转换方面的研究。 圆柱形透镜将激光束耦合进多模光纤．简化了耦合过 程。减少了能量损失。 １基于ＺＥＭＡＸ的激光器光源设计 我们课题组购置的半导体激光器的光源宽度为 （１ｘｌ００）Ｉｘｍ，快轴的发散角约为３Ｏｏ，慢轴发散角接近 ６ｏ．而且在近轴像面上存在像差。基于此，本文采用 ＺＥＭＡＸ软件的近轴ＸＹ面设计。首先确定一个初始的 发散角．让其与慢轴发散角６ｏ相同．根据数值孑Ｌ径计 算公式ＮＡ＝ｎｓｉｎａ。物空间数值孑Ｌ径为０．０５２３．光束类 型选择高斯光束．波长选择１．０３１ｘｍ。初始设定的光源 是发散半角３。的圆形光束．出射腔面处尺寸半长达到 ５０１ｘｍ．图１为光源快轴的发散角初始结构．依据几何 关系可以得到光源发光处Ａ点到出射腔面Ｄ距离 ＡＤ＝５０／ｔａｎ３ｏ＝９５４Ｎｍ．同时要使ｃ处发散半角为１５ｏ． ２０１
高功率半导体激光器光纤耦合模块的可靠性研究
第３６卷 第５期 ２００６年５月 激光与红外
ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．５
Ｍａｙ，２００６
文章编号：１００１－５０７８（２００６）０５４３３５８４３３
高功率半导体激光器光纤耦合模块的可靠性研究
胡放荣 ，熊显名 ，张剑家
（１．桂林电子工业学院电子工程系，广西桂林５４１００４； ２．长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春１３００２２）
摘要：文章从高功率半导体激光器光纤耦合模块的组成和各个部分的机理出发，详细分析了
影响其可靠性的因素，主要有以下三个方面：激光器自身的因素、耦合封装工艺和电学因素。
通过优化原有工艺与采用新技术，提高了模块的可靠性，拓宽了其应用领域。
关键词：半导体激光器；光纤耦合模块；可靠性
中图分类号：ＴＮ２４８．４ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｍｏｄｕｌｅ
ＨＵ Ｆａｎｇ．ｒｏｎｇ ，ＸＩＯＮＧ Ｘｉａｎ．ｍｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｊｉａ （１．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４；２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ
ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ（ＬＤ）ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＬＤ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ ａｒｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｃｒａｆｔｓ ｏｆ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃ— ｔｒｉｃｉｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ＬＤ ｉｔｓｅｌｆ．Ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｒａｆｔｓ ａｎｄ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅ ｈａｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｔｓ ｒｅ－
绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术研究
绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术研究
摘要：近年来，随着我国经济的高速发展和科技的进步，光电器件与材料相关领域的研发不断取得新进展，性能得到明显强化，在各大领域得到广泛应用。为进一步提高半导体激光功率，可以采用激光器单管合束及光纤耦合技术。基于此，分析研究绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术，对提高仪器总功率以及将其应用于更多领域有重要的现实意义。
关键词：绿光半导体激光器；单管合束；光纤耦合
前言：利用合束技术可以使多个半导体激光器在光纤中进行耦合，由此形成半导体激光器的光学器件，保证激光的输出功率，提高激光束的质量。目前，国内外已广泛使用多种红外波段的半导体激光器，广泛用于彩色显示、激光印刷、高密度光盘存储等领域，但目前对于可见光波段激光耦合模块尤其是绿光波段的研究还很少，因此，对绿光高功率半导体激光器光纤耦合模块进行深入研究，是当前光电器件与材料相关领域研发重点之一。
1半导体激光器光纤耦合模块研究
半导体激光器技术已经相对成熟，由于其具有光束不均匀性、单元功率低等特点，在一定程度上限制其应用领域。为保证半导体激光器的功率输出，需要对激光器进行多层叠加，这会一定程度上限制光束质量。随着半导体耦合技术的不断发展和进步，通过使用半导体激光器进行合束，可以有效提升光束的质量，实现激光远距离柔性传输。最早的光纤是20世纪50年代研制出来的，后来被人们逐渐推广使用。在20世纪70年代，就有国外公司利用化学气相沉积法得到了损耗较低的光纤，随着半导体激光器的迅速发展和光纤耦合技术的发展，人们对不同类型的半导体激光器进行了大量的研究，并取得了大量的成果。
2半导体激光器非相干合束技术 目前，半导体激光器的合束技术方法有两种：相干合束和非相干合束。半导体激光器利用光束准直技术和聚焦耦合技术，使多个光束单元的耦合成为可能。
在相干合束技术的应用中，采用了相位控制方法，使激光阵列各发光元件产生同一波长的光束，从而达到相干合束。相干合束技术比较烦琐，对环境温度较为敏感，在各种大功率激光器应用推广难度相对较大。一般来说，非相干合束是采用空间合束、波长合束、偏振合束三种方式，在大功率激光器合束中都会使用这些技术，可以用合束方法提高光束的功率而使光束质量保持不变。与相干的合束比较，非相干合束的参数设置相对较低，操作更加简单，应用范围非常广泛。
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。光纤和半导体激光器的耦合技术是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多种因素，以实现高效率和高品质的光纤和半导体激光器耦合。