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半导体激光器与半锥形多模光纤耦合效率的分析

随着半导体激光器广泛应用于各个领域,更好地将半导体激光器的光束有效耦合到光纤中成为极其重要的课题.二极管泵浦激光器[1]以其在各种耦合方法中对光纤端面的直接加工、稳定度高、耦合距离长的特点而倍受关注[2,3].笔者提出一种新型的半锥形多模光纤结构来提高耦合效率,其在一定条件下能达到极高的耦合效率.1 半导体激光器与多模光纤的特性对于带有锥形结构的多模光纤与激光二极管的耦合效率可以用分析光线的光线迹踪法得到.多模光纤的数值孔径要比单模光纤的数值孔径大得多,多模光纤中能够传播的模式数目由其数值孔径决定.当数值孔径变大时,能够在其中传播的模式数目会急剧增加[4].在考虑多模光纤与激光器的耦合问题中,为简化处理,忽略了模式匹配对耦合效率的影响.基于这种假设和多模光纤的传播理论,并忽略光纤中的扰动,可以认为当入射光的入射角度小于多模光纤的孔径角时,这束光线就可以在多模光纤中稳定传播,再根据能够在多模光纤中稳定传播的光线的数目占总光线数目的...  (本文共4页) 阅读全文>>

西安电子科技大学
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半导体激光器与锥形光纤耦合技术研究

本论文就半导体激光器与光纤耦合的问题提出了一种新方法,即采用锥形和半锥形光纤结构的光学耦合系统。这种方法是在充分考虑半导体激光器和光纤的特性的基础上提出的,具有加工容易、封装简单、成本低、效率高的特点,可以通过研磨、腐蚀和熔融的方法来制得。论文中根据耦合理论,结合半导体激光器的输出光场的椭圆特性,通过合理设计锥形结构,最大的利用输出能量,以提高半导体激光器与光纤耦合效率和质量。首先通过对半导体激光器输出模式场和光纤本征模式场的高斯基模近似,利用交叠积分计算了锥形单模光纤与激光器的耦合效率问题;其次依据以上近似,利用光线迹踪法计算了半锥形多模光纤与激光器的耦合效率问题,给出各个参数对耦合效率的影响和作用,为优化设计锥形光纤耦合系统提供了理论依据。这种方法的耦合效率在一定条件下可以在100—200μm的工作距离上达到75%-85%。这种锥形和半锥形光纤耦合系统可以方便的排成线阵或阵列,在二极管激光器泵浦固体激光器的泵浦光源输出、大功...  (本文共59页) 本文目录 | 阅读全文>>

河南大学
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一种具有防烧蚀功能半导体激光—光纤耦合器的研制

光纤自从面世以来便被认为是光波导中最具竞争力的介质。而半导体激光器(LD)一经面世便以其质量轻、体积小、结构简单等优点在光通信行业获得了广泛的应用。由于半单体激光器发光区很小,其发散角很大,快轴方向可达30°-40°,所以在和光纤进行耦合时经常要对LD的光束进行整形来改善光束质量,用微型柱透镜(例如大芯径光纤)和球端面光纤组成的光学系统对LD光束整形是容易实现且价格低廉的方法。但是,随着大功率LD的研制成功和推广,LD对光纤的烧蚀问题日见突出,目前对防烧蚀问题的研究很少,而且大多集中在军事方面的研究,因此对大功率LD对光纤的烧蚀问题进行研究具有现实意义。本论文在深入研究了各种耦合方法及其应用条件的基础上,主要进行了以下几项工作:1.比较详细的分析了LD输出光场的特点和单模、多模光纤传输光的基本理论,阐述了LD和光纤耦合的理论模型。2.把LD和光纤的耦合系统分成直接耦合系统和间接耦合系统分别进行讨论,分析了常用的微透镜光纤端面的结...  (本文共79页) 本文目录 | 阅读全文>>

河南大学
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半导体激光器与铲形光纤耦合技术研究

随着光纤技术的发展,光纤的应用范围愈来愈广泛。特别是光通信方面,光纤已成为最重要的传输介质。半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、调制方便、可集成等优点,在光通信中得到了广泛的应用。但半导体激光器的有源区面积很小,其光束发散角很大,快轴方向一般为30°~40°,在与光纤耦合时要对激光光束进行准直及整形来提高光束质量及耦合效率。为了提高耦合失容度和减少调试、安装的困难,常用光纤微透镜来减少光束的发散角和增大光纤的数值孔径。随着大功率激光器的研制成功和推广应用,光纤输出光束的质量制约着激光器的应用。目前对光纤耦合系统的失容度的研究较少,而且大多集中在国防、军工等方面,因此对大功率半导体激光器光纤耦合系统的失容度问题具有现实意义。通过对国内外各种铲形光纤技术的调研和比较,主要进行了以下几项工作:1.介绍了LD的结构和远场模式以及光纤传输光的基本理论,阐述了激光束的整形方法和提高光纤数值孔径的方法。总结了国内外光纤耦合器的产品...  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

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一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化技术研究

半导体激光器(以下简称LD)具有体积小、重量轻、寿命长、电光转换效率高、可直接调制等优点,目前在信息、能源、医疗、材料、娱乐等诸多领域都得到了越来越广泛的应用,材料和器件的水平也有了长足的进展。但是它的光波导存在较强的不对称性,垂直于结平面和平行于结平面的发散角差异很大,直接限制了它在许多方面的应用,并且影响了它与光纤(束)耦合时的耦合效率。LD和光纤耦合问题的研究受到国内外的关注,成为一个重要的研究课题。LD与光纤的耦合,按照LD与光纤之间是否存在光学元件,耦合方式可分为两种,即直接耦合与间接耦合。针对不同型号的LD和不同芯径的光纤,可选用合适的耦合方式。本论文在深入研究了各种耦合方法及其应用条件的基础上,主要进行了以下几项工作:1.详细的分析了半导体激光器输出光场的特点和光纤中传输光的特点,阐述了半导体激光器的输出光和光纤耦合的理论模型,分别介绍了光线耦合理论和模式耦合理论。2.把LD和光纤的耦合系统,分成微透镜光纤耦合系统...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>

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一种光纤输出半导体激光器模块的研制

半导体激光器由于具有电光转换效率高、体积小、重量轻、能直接调制以及性能稳定、可靠、使用寿命长等显著特性,近些年来,它的应用几乎覆盖了整个光电子学领域,成为当今光电子学的核心器件。然而半导体激光器固有的结构特点决定了它存在一个严重的不足就是它的光束不对称性,且光束发散角较大。大多数实际应用中,为了获得较好的光束质量,需要将半导体激光器与光纤耦合输出,因此,研制光纤输出半导体激光器模块,低成本、高效率地将两者封装起来成为一个很有意义的研究课题。近年来,光纤输出半导体激光器模块的研制受到国内外的关注。大功率光纤输出半导体激光器模块具有很高的技术含量,主要涉及光纤技术、微小光学技术、微细加工技术、耦合封装和精密机械等关键技术。在大功率半导体激光器与多模光纤耦合时,为获得最佳的耦合效率不仅应考虑两者的特征参量相互匹配的问题,即多模光纤的纤芯直径、数值孔径,与大功率半导体激光器耦合时的发光面积、发散角、输出功率等匹配的问题,还要考虑光纤端头...  (本文共84页) 本文目录 | 阅读全文>>