974nm半导体激光器的光纤耦合研究

根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44μm,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。     

多模光纤到单模光纤耦合效率的研究分析

由于多模光纤的纤芯直径远大于单模光纤的纤芯直径,且多模先纤的数值孔径也大于单模光纤的数值孔径,因此多单模转换效率极低.为了提高多模光纤到单模光纤的耦合效率,采用自聚焦透镜对从多模光纤出射的光束进行汇聚,使其半径大小尽量与单模光纤的芯径大小相匹配,然后再利用球透镜来减小被汇聚过的光束的发散角,在不考虑各种连接损耗的前提下,通过ZEMAX来求解多模光纤到单模先纤的耦合效率.采用这种新型组合透镜耦合的方法可以极大提高多单模耦合的耦合效率,其最高耦合效率可达到38.7%.因此,这种组合透镜法是可行的.     

多模光纤出射的光通过透镜后的场分布

用部分相干光理论,研究了单模激光入射的多模光纤出射的光经透镜后,在菲涅尔衍射区内场的分布。     

锥形光纤微透镜耦合特性

文章深入探讨和分析了半导体激光器与单模光纤耦合时采用锥形光纤微透镜后其耦合效率与参数之间的关系。给出了微透镜有效透过率的计算方法和考虑球面像差时耦合效率的计算公式，理论分析与实验结果相吻合。     

基于ZEMAX单模大光束光纤准直透镜信号耦合分析

针对光纤连接器核心部件之一光纤准直透镜信号精密耦合问题,采用双合透镜设计了一种单模大光束光纤连接器.通过分析双合透镜特性、光纤准直器阵列中的多光学器件耦合机理和准直透镜间的3种耦合偏差引起的传输损耗,推导出该耦合系统的传输损耗公式.基于MATLAB分析得到:角向失配对准直器的耦合损耗影响最大,轴向失配影响最小.利用光学仿真软件ZEMAX在序列和混合模式下对连接器进行模拟,用Origin绘制出不同失配情况下信号耦合效率曲线,结果表明单模光纤芯径为12 μm时,耦合效率达到92.42％.最后通过光学平台搭建实验系统,验证了仿真结果的准确性.     

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。     

与光纤阵列耦合的微透镜阵列设计与损耗分析

设计了2种不同冠高的圆形微透镜阵列，将平行光耦合进16路单模光纤阵列和多模光纤阵列。每种微透镜阵列均由16个直径为120pm的平凸微透镜排成一行组成，相邻微透镜间距为127μm。模拟其成像特性知，2种微透镜可以将平行光会聚成在其像平面直径分别为8．0μm和32．5μm的光斑。分析了微透镜与光纤存在横向、纵向和角向误差3种位置失配时的耦合损耗，并得出对耦合损耗影响最大的因素是角向误差，由此得出：在微透镜与光纤耦合对准过程中，要注意减小角向误差。     

光通信用自聚焦透镜耦合损耗的研究

针对单模光纤与自聚焦透镜（GRIN）的耦合,基于光学矩阵和高斯光学耦合损耗的理论,建立了计算耦合损耗的数学模型。利用这一模型分析了单模光纤与GRIN耦合时透镜的长度、离轴偏差及角度偏差等因素对耦合损耗的影响,得到了相应的规律性曲线。这对于自聚焦透镜系统成像理论的进一步研究和光纤通信耦合设计具有重要的意义。     

空间光-光纤耦合技术进展与实验研究

总结了国内外空间光-光纤耦合技术在无线光通信中的研究进展,以提高空间光-光纤耦合效率为主线,介绍了西安理工大学在该领域的工作,包括空间光光纤耦合自动对准技术、自由空间光模式转换技术、空间光光纤耦合自适应光学波前校正技术、马卡天线的收发一体化技术。介绍了大气湍流中透镜阵列和单透镜耦合至单模光纤的耦合性能、大气湍流中马卡天线作为接收天线时的空间光耦合性能方面的研究进展。最后展望了无线光通信中的空间光-光纤耦合技术的发展前景。     

利用单透镜结构实现自由空间激光进入单模光纤的耦合研究

自由空间激光与光纤的高效耦合可大幅降低激光 能量损耗。基于高斯光束通过透镜的传输规律,分 析经过单透镜变换后的激光光束特性,即像方激光光束特性。对自由空间激光与单模光纤的 优化耦合进行研究。通过分析匹配单透镜参数对像方光束的影响, 选择单透镜合适焦距参数,实现激光与光纤参数的高效匹配,满足激光光束的像方腰斑小于 10 μm且数值孔 径小于0.12。通过实例,分析采用焦距为5mm的单透镜对780 nm空间激光到单模光纤的耦合效 率,结果表明自由空间激光到单模光纤的耦合效率高达90%。该耦合 系统结构简单,可实现激光由自由空间到至光纤的高效率传输。     

Design of a miniature lens for semiconductor laser to single-mode fiber coupling

A design method for a miniature optical lens tipped on a single-mode fiber end to improve power coupling from a semiconductor laser is described. The lens shapes studied are hemispherical, hemicylindrical, and hemiellipsoidal. The optimum coupling conditions and the obtained coupling efficiency are represented in terms of laser beam and fiber parameters. Preferable ranges of hemispherical and hemicylindrical lenses are classified according to the laser and fiber mode spot sizes. Fiber axis offset and tilt effects on coupling efficiency are also studied.     

4×10Gbit/s并行光模块串扰优化设计

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化,采用了ABCD传输矩阵法,结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论,设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性,利用MATLAB进行理论分析,模拟得出光斑半径与发散角的关系,并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模,优化结构中透镜参量以及光纤端面设计,进行了理论分析和实验验证,取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明,间接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为53.72μm,耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为3.695μm,耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。     

望远镜准直系统应用于激光的单模光纤耦合

介绍了用望远镜准直系统提高激光光纤耦合效率的方法 ,提出对于那些直接耦合效率非常低的系统 ,利用合适的望远镜准直 ,耦合效率可以大大提高。激光器为TA1 0 0型 ,1 6∶1的望远镜系统使单模光纤的耦合效率达到70 % ,保偏光纤耦合效率达到 6 7%。介绍了实验中两透镜距离如何影响耦合效率 ,望远镜系统选取的原则 ,及将其应用于其他激光器的情况     

Optimization of coupling between photonic crystal resonator and curved microfiber

The evanescent coupling from a photonic crystal resonator to a micron-thick optical fiber is investigated in detail by using a three-dimensional finite-difference time-domain (3D-FDTD) method. Properly designed photonic crystal cavity and taper structures are proposed, and optimal operating conditions are found to enhance the coupling strength while suppressing other cavity losses including the coupling to the slab propagating mode and to the higher-order fiber mode. In simulation, the coupling into the fundamental fiber mode is discriminated from other cavity losses by spatial and parity filtering of the FDTD results. The coupling efficiency of more than 80% into the fundamental fiber mode together with a total Q factor of 5200 is achieved for the fiber diameter of 1.0 /spl mu/m and the air gap of 200 nm between the fiber and the cavity.     

星地链路空间光至单模光纤耦合效率补偿特性研究

在入射光瞳面处针对星地激光链路中空间光至单模光纤耦合效率补偿特性进行了研究,依据星地下行链路特点,对星地下行链路光纤耦合效率模型进行分析。在此基础上,利用基于单模光纤后向传输模场为加权函数的加权孔径正交多项式,建立光纤耦合接收系统波前相位模式补偿理论模型,运用该理论模型,通过数值模拟对波前相位进行模式补偿,给出波前相位模式补偿下平均光纤耦合效率与接收孔径尺寸和相位补偿项数的变化关系,以及典型接收孔径下采取一定项数的波前相位补偿后光纤耦合效率概率分布,为基于光纤耦合接收方式的星地激光通信链路波前补偿系统设计提供一定理论参考。     

大功率固体激光器高效率光纤耦合

光束质量参数对大功率固体激光器光纤耦合系统的设计起着关键作用。大功率固体激光器输出的为多模激光束,引入等效基模光束来计算多模激光束的光束质量是一种有效的方法,并定义包含光斑能量98%的光斑半径为束宽,以此计算多模激光束的光束质量,是准确有效的。结合大功率固体激光器的光纤耦合原理和光束变换理论设计了高效耦合系统,并对系统内透镜的通光孔径及焦距等参量做了数值优化。实验证明,此光纤耦合系统能够进行大功率固体激光高效率耦合,成功地实现了输入功率为2000W时,耦合效率大于94%的激光输出,并给出了光纤耦合的效率曲线及分析。     

Bilevel mode converter between a silicon nanowire waveguide and a larger waveguide

A bilevel mode converter is analyzed for providing low-loss coupling between the small fundamental mode of a silicon nanowire waveguide and the larger mode of a conventional silicon-on-insulator (SOI) rib waveguide. The bilevel converter can also be used to improve the coupling efficiency between a lensed fiber and a silicon nanowire waveguide. The mode converter consists of two tapers formed at different levels. The top taper comprises a parabolic and sine taper, which is optimized to improve the mode conversion efficiency. Numerical analyses are given by using a three-dimensional semivectorial beam propagation method. The design has good tolerance against misalignment of the two masks needed for the double etch.     

半导体激光器与光纤耦合系统的研究

采用的耦合系统考虑了耦合方式的简单可行性，耦合系统各个元件的位置和离轴透镜的离轴角度对耦合效率的影响。并且利用高斯传输定理、模式匹配原理和矩阵光学的理论加以分析和解释，得出对半导体激光器与光纤耦合系统结构的设计具有指导意义的结论，对提高半导体激光器与光纤耦合系统的耦合效率提供理论依据。     

退火质子交换LiNbO3光波导低损耗耦合分析

利用光束传播法分析了退火质子交换铌酸锂光波导模场参数随波导宽度、深度和表面折射率改变的变化情况,指出波导模场受这些参数的综合影响,并讨论了波导结构参数对光纤．波导耦合效率的影响。结果表明,要实现最佳耦合,不同模场直径的光纤对波导结构参数的要求是不同的,这可供相应波导器件的设计和制备参考。     

高能激光注入光纤导光锥耦合性能实验研究

提出了测试光纤导光锥耦合效率的试验方法,通过试验验证了光纤导光锥实现激光传导的可行性,同时在光纤入射角度为1°～5°、运动状态为静止及甩动的条件下,对光纤导光锥的耦合效率进行了实验研究。研究结果表明,光纤导光锥在入射角为1°～5°、光斑直径约为2mm时的激光耦合传输效率大于60%,入射光损伤耐受力低于100mJ。利用光纤导光锥实现高能激光的耦合导光,对于开展光电对抗内场仿真试验具有重要意义。