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半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究

大功率半导体激光器(LD, laser diode)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  (本文共170页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东建筑大学
山东建筑大学

大功率半导体激光器耦合特性的研究

半导体激光器价格便宜且其电光转换效率高,被广泛应用在民用经济和国防科技发展中,大功率半导体激光器与光纤耦合已在固体激光泵浦、激光加工、医疗手术、军事装备等领域中大量使用。但由于大功率半导体激光器的光束质量较差,使得在与光纤耦合时会有大量耦合损耗产生,制约了大功率半导体激光器的应用。柱状楔形透镜光纤在众多与半导体激光器耦合的方式中表现突出,凭借其独特的结构特点对半导体激光光束进行整形,提高耦合效率。本文主要讨论大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤的耦合时,柱状楔形透镜光纤对整个耦合系统的影响。将傍轴近似下的光学矩阵理论引入分析柱状楔形透镜光纤耦合系统,基于高斯光束的ABCD矩阵理论运用MATLAB软件建立了大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤耦合仿真模型,并在此基础上运用MATLAB中Guide技术设计了一款仿真软件,可用于大功率半导体激光器与柱状楔形透镜光纤耦合的仿真和设计。在对半导体激光器慢轴方向计算时加入了“虚光腰”的计算,...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

长春理工大学
长春理工大学

高功率半导体激光器与多模光纤耦合的研究

由于当今光纤通讯等对半导体激光器与多模光纤耦合需求的提高,本论文针对上述情况分别对单管半导体激光器和多模光纤耦合以及半导体激光器阵列和多模光纤耦合分别进行了设计,为了减少直接进行阵列耦合设计的复杂程度,先对单管激光器和光纤耦合进行设计。可将阵列耦合系统分成准直系统,整形系统和聚焦系统,并对各系统选型进行了分析和研究.通过物理和数学模型,对各系统具体参数进行了理论计算。又通过Matlab和Zemax软件进行实际模拟,并与理论结果进行比对。论文中所使用的半导体激光器波长为980nm,发散角为36°×10°,发光面大小为1μ m*150μ m。半导体激光器阵列的单元间距为0.5mm,单元数为19个。多模光纤芯径为0.2mm,数值孔径为0.22。对于单管半导体激光器和多模光纤之间的耦合,通过加入柱透镜和球形端面光纤,以及对各面加镀增透膜,最后可以使效率达到97%。对于半导体激光器阵列和多模光纤耦合,采用准直系统,整形系统和聚焦系统。其中...  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京化工大学
北京化工大学

大功率半导体激光光纤耦合输出技术的研究

光纤耦合大功率半导体激光器以其其体积小、光束质量好、寿命长及性能稳定等优势,可作为泵浦源应用于高功率光纤激光器,也可直接应用于激光医疗和材料加工等领域。本文以促进光纤耦合大功率半导体激光器实际应用为背景,以提高大功率半导体激光光纤耦合输出的性能为研究对象,分别从理论和实验进行了分析研究,主要内容包括:1、分析了光纤传输光的基本理论,对耦合理论和耦合模型进行了详细的阐述。对光纤耦合激光的常用方法进行了分类和比较,指出了这些方法的优缺点。2、本文引入光纤整形器实现半导体激光阵列外腔锁相,即光纤耦合半导体激光外腔锁相。实验中压缩了半导体激光列阵输出谱宽,改善了列阵输出的光束质量。3、对大功率半导体激光在锥形光纤中传输特性进行多方面研究,包括:以光线理论为指导,分析锥区最小直径与功率传输效率的关系。提出有效数值孔径法计算光波能量传输效率。用光线理论计算了以双包层光纤为接收端,锥形光纤对高功率半导体激光的有效传输比。设计熔融拉锥平台,实验...  (本文共91页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
中南大学

同轴型半导体激光器封装的耦合模型与规律研究

摘要:研究了光通信领域同轴型半导体激光器封装中的光耦合技术,对同轴型半导体激光器与单模光纤的耦合模型与规律进行了理论与实验研究。针对多种多样的耦合方式,选取了球透镜、拉锥球透镜光纤与柱状楔形透镜光纤等几种耦合方式进行了建模并对耦合特性做了详细分析。在此基础上,研究了具有特殊光学特性的自聚焦光纤,设计了基于自聚焦光纤的耦合系统。论文的研究为同轴型半导体激光器封装实现高效耦合提供了理论与技术指导,论文主要内容有:(1)分析了半导体激光器光束特性,引入高斯光束传播理论,以此为基础,建立了球透镜耦合模型,研究了球透镜耦合的特性,包括激光光束、球透镜参数、空间位置误差等因素对耦合效率的影响,设计了实用化的同轴型器件,其耦合效率为20%左右,通过对器件的实验研究获得了实际耦合特性,对理论模型与实验结果做了比较与分析。(2)分析了拉锥球透镜光纤和柱状楔形透镜光纤与半导体激光器耦合的技术,建立了两者与半导体激光器耦合的模型。得到了这两种耦合方式...  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

外腔注入振荡改善半导体激光器模式特性的研究

本文对半导体激光器输出激光的模式特性、振荡特性以及外腔反馈注入半导体激光器改善其模式特性的技术开展了一系列的研究工作,建立了一套实用有效的外腔反馈注入振荡系统,并对两种不同类型的半导体激光器(半导体激光器列阵和宽接触条形半导体激光器)进行了实验研究和理论分析,成功获得了窄线宽单瓣近衍射极限的激光输出。文中提出了一个结构简单,输出稳定,腔内器件失调不灵敏的半导体激光器外腔反馈一次注入系统,并用光线传输矩阵对该外腔的特性进行了详细的理论分析。在半导体激光器列阵的外腔实验研究中,获得远场分布光瓣宽度(FWHM)为0.46°,相应于光束质量为1.12倍衍射极限的激光输出。在宽接触条形半导体激光器的外腔实验研究中,设计了一个新颖的外腔结构,即通过外腔使得注入激光在腔内多次往返放大,获得远场分布光瓣宽度(FWHM)为0.53°,相应于光束质量为1.3倍衍射极限,功率为320mW单瓣近衍射极限的激光输出。在前腔镜对增透膜的宽接触条形半导体激光...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

半导体激光器光学膜技术研究

本论文主要围绕808nm 连续大功率半导体激光器,980nm 连续大功率垂直腔面发射激光器和1064nm 连续、准连续大功率激光列阵模块光学膜的研制展开的。光学膜技术是研制半导体激光器的关键技术之一,光学膜性能的好坏直接影响到半导体激光器的出光功率、功率效率、可靠性和稳定性等方面。对808nm 大功率半导体激光器的腔面膜进行了研究,研制出HfO2/SiO2材料系的前后腔面膜。在腔面膜和衬底之间引入一层Al2O3,首次解决了腔面膜附着力不好的问题。镀膜前后斜率效率由50.2%提高到90.4%,转换效率由22.2%提高到39.8%,最高输出功率为1.9W(条宽100nm,腔长为1μm)。最高输出功率和没镀膜的器件比提高了2.5-3 倍。损伤阈值对比实验结果表明这种膜系优于其它结构,说明这种方法具有实现808nm 腔面膜大批量生产的潜力。对1064nm 大功率半导体激光器的腔面膜进行了深入研究,并研制出连续输出1060nm 和准连续输...  (本文共90页) 本文目录 | 阅读全文>>