光纤传感测量中耦合系统的设计

根据光纤传感测量中光源的选取原则,将半导体激光器作为光纤传感器的光源并选取单模光纤作为尾纤,基于光学设计软件Zemax纯非序列光学系统,设计了一种半导体激光器与单模光纤的耦合系统。通过分析半导体激光器的光束特性及半导体激光器与单模光纤的耦合模场理论,由一个球透镜和一个准直透镜构成组合透镜耦合方式,达到提高耦合效率和容忍度的目的。设计时在非序列光学系统下进行了百万次光线追迹,仿真得到所设计系统的耦合效率为78%左右,而实验测试结果为69.11%,由此对误差产生的原因进行了分析。     

柱状楔形微透镜光纤与半导体激光器耦合效率研究

为了提高半导体激光器与光纤耦合的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式宽发射域半导体激光器进行耦合的新技术。采用光线追迹的方法,进行数值模拟。通过对光纤微透镜结构参数进行优化,得到了高达99%的理论耦合效率。同时,还在理论上讨论了耦合时在光线传输方向上的失配容忍度。在实验中,得到了最高为87.06%的耦合效率。     

微型透镜元件的最新动向

一、前言微型透镜元件在光通信领域中的应用最初是作为半导体激光器与光纤耦合的耦合透镜而发展起来的。最近,随着光盘等在信息记录再现领域中的应用迅速扩展,物镜和准直透镜作为光敏元件开始得到大量使用。因此,     

自聚焦透镜准直设计

在激光外调制时,使用的是3＊3＊20mm的调制晶体。为了使由光纤发出的激光通过调制晶体,本文根据高斯光束的基本性质以及自聚焦透镜的传输特性,利用计算机模拟的方法,设计了能满足调制要求的自聚焦透镜。     

光纤耦合装置的改进

光纤耦合装置的改进重庆无线电专用设备厂注塑分厂齐麟激光治疗机光纤的耦合效率，对激光的输出特性及整机的性能有很大影响。原装置（图１）中，调节器与支承座是分开安装的，受箱壁孔制造误差的影响，调节器的中心很难与聚光透镜的中心同轴，焦距ｆ的测量在装配调试中不...     

输出功率大于10 W的掺镱双包层微结构光纤激光器

采用F-P腔结构研究了包层泵浦掺Yb³⁺微结构光纤激光器的输出特性。在以二向色镜作为腔镜的实验中,获得了斜率效率57%,波长1 074.5 nm,输出功率为2.65 W的稳定激光输出;在由二向色镜和光纤端面构成F-P腔的实验中,获得了斜率效率87%,最大输出功率为11.69 W的激光输出。     

10Gb/s高速光器件激光器端耦合模型设计与优化

为提高半导体激光器与单模光纤的耦合效率,提高信噪比,延长光信号在光纤中传输的距离,利用光学仿真软件首先针对10G-EPON(万兆光无源网络)光器件建立了一种新的耦合模型并对其进行了仿真优化,其次分析了新模型与原有模型耦合效率出现差异的原因,最后探讨了透镜封装尺寸误差与耦合效率的关系,并对结果进行了归一化处理。研究发现:经过百万次光线追迹,模型的最大耦合效率为63.53%,在光电器件同样采用同轴型封装的情况下,与传统的球透镜耦合相比,改进模型的耦合效率提高了约16.68%;耦合效率的高低取决于半导体激光器整形后光斑的模场与单模光纤模场的匹配程度;耦合效率对透镜距离变化的敏感程度依次为快轴准直透镜非球面透镜慢轴准直透镜。研究结果可为10Gb/sEML光器件的实物设计封装提供尺寸参考和建议。     

斜面60°光纤透镜抛光接触状态的分析

为了掌握光纤透镜抛光接触状态,依据接触力学理论,建立了60o斜面光纤透镜抛光时的接触力学模型;应用ANSYS接触分析技术和MATLAB数据图视功能,对光纤透镜抛光过程中光纤加工端与抛光垫的接触状态进行了分析。结果表明：补偿角α、光纤夹持伸出长度l和抛光垫弹性模量E2不仅影响到光纤透镜抛光接触区域的接触形式,也同时影响接触压强的分布状态;外加位移载荷z对接触形式影响不大,但对接触压强分布影响较大。     

斜面60°光纤透镜抛光接触状态的分析

为了掌握光纤透镜抛光接触状态,依据接触力学理论,建立了60°斜面光纤透镜抛光时的接触力学模型;应用ANSYS接触分析技术和MATLAB数据图视功能,对光纤透镜抛光过程中光纤加工端与抛光垫的接触状态进行了分析.结果表明:补偿角.α、光纤夹持伸出长度l和抛光垫弹性模量E2不仅影响到光纤透镜抛光接触区域的接触形式,也同时影响接触压强的分布状态;外加位移载荷z对接触形式影响不大,但对接触压强分布影响较大.     

高功率激光合束器工作可靠性能评估方法研究

为降低高功率激光在单根光纤中的传输风险,提出基于多光纤传输的激光非相干空间合束19×1圆斑合束器。基于“内外同心圆+中心”同轴排列方式,采用光线追迹法进行合束器的光学设计,同时为实现合束器长期运行可靠性评估,基于多激光束同步照射光学元件的体吸收模型,采用有限元方法对合束器内部透镜的温度、热畸变和热应力等进行研究。结果表明,在10 kW激光照射30 mins下,合束器内部透镜的最高温度为381.11 K,远低于熔融石英1 900 K的软化点温度,热畸变相关的最大光圈数为0.07,远小于1个光圈数的透镜加工公差,热应力最大值为14.02 MPa,小于熔融石英4.5 GPa的屈服应力。此外实验测得合束器输出总功率可达10.43 kW。本研究对评价其他高功率激光系统的长期运行可靠性提供了有效的方法参考。     

Lensed plastic optical fiber with an aspherical fiber end formed by joining an aspherical plastic lens and a plastic optical fiber using laser transmission welding

In optical communication systems which require the coupling of the light source to the fiber, efficient coupling can be practically realized either using a separate lens or by direct formation of the lens at the fiber end. A novel lensed plastic optical fiber (LPOF) is presented with efficient coupling of the plastic optical fibers with a light source. An aspherical plastic lens was bound with a flattened plastic fiber end by laser transmission welding (LTW) to form an aspherical fiber endface which can provide better coupling efficiency than a spherical fiberface. An analysis demonstrates that LTW can offer strong welding with small heat affected zones that are appropriate for commercial use. In this study a useful method for manufacturing lensed-end fibers is developed and demonstrated experimentally.     

连续Nd:YAG激光光纤耦合效率的实验

对0.6mm芯径3m长光纤输出100W连续Nd:YAG激光的光纤耦合效率进行了实验分析。围绕光纤耦合效率相关的量:激光模式、发散角、数值孔径、焦斑直径、精密光纤耦合器等问题进行了讨论;并给出实验结果:3m长光纤输出0～100W激光耦合效率典型值≥87%,最佳值为90%.     

A lensed fiber workstation based on the elastic polishing plate method

Integrated coupling between laser source (such as laser diodes, LD’s) and single-mode fibers (SMFs) is one of the most important and fundamental techniques of optical communications. Lensed fibers have desirable features for the coupling scheme, such as compactness, simplicity, stability, and freedom from bulky lenses. However, the high precision lens geometry is required for lensed fibers. In this study, we present a lensed fiber fabrication workstation based on the elastic polishing plate mechanism. A theoretical model was also proposed in order to simulate the fiber lapping condition. The results show that the lensed fiber’s dome radius is mainly controlled by the accumulated lapping time, Preston’s coefficient, and selection of rubber pad material. The lapping time control is demonstrated as a preferred working parameter and thus is implemented in our fiber workstation.     

光纤透镜研磨抛光的轮廓成形控制系统的研究

为了有效地减小光纤透镜的研磨抛光轮廓误差,设计一种两轴联动的交叉耦合轮廓控制器,并且针对光纤透镜研磨抛光机床的运动特点,给出了交叉耦合轮廓误差模型.然后利用Matlab软件对该交叉耦合轮廓控制的效果进行了仿真研究与分析.仿真结果表明,利用该控制器能使系统轮廓误差从0.075 μm减小到0.03 μm,但由于加入了交叉耦合器的补偿量,Z轴的跟随误差也从0.05 μm增大到0.07 μm.同时也表明两轴联动的交叉耦合控制系统远远优于单轴PID控制系统.     

水导激光微细加工中激光与水束光纤耦合技术

为了保证水导激光微细加工中会聚激光与水束光纤的耦合效果,建立了高精度的耦合对准系统,提出了新的耦合对准方法,研制了特殊结构的耦合装置。由于激光要经过空气层、玻璃层、水层进入水束光纤,因此根据计算结果,采用特殊方法来确定会聚透镜与水束光纤起始端(喷嘴孔)的距离;研究了激光在水束光纤中发生全反射的最大入射角;通过流体动力学仿真,设计了腔内流场分布均匀的耦合装置,保证了直径0.12mm的水束光纤的高耦合品质;研究了激光能量在水束光纤中的衰减,采用特定波长、脉冲能量的激光和特殊过滤的去离子水来减小激光能量在水束光纤中耦合的损耗率。试验结果表明,能生成导光长度超过100mm的水束光纤;采用该耦合技术能够在0.2mm厚的硅基晶片上以2mm/s速度切割出缝宽0.12mm的均匀窄缝,几乎无裂纹、无热影响区。该耦合技术能够很好满足水导激光微细加工的要求。     

Frequency selection of the radiation of a fiber laser with a reflection interferometer

This paper considers the results of using a two-mirror multiple-beam reflection interferometer (RI) which has a response function in reflection similar to the response function of a Fabry-Perot interferometer in transmission. The two-mirror cavity of the RI included two flat mirrors, one of which was highly reflective, and the other had an asymmetric coefficient of reflection from different sides. The light reflected from the RI was brought to an optical fiber through a collimator lens. The optical fiber, collimator, and RI constituted an integrated fiber RI, which was first used for continuous tuning of the wavelength of an erbium ring fiber laser with a continuous generation in the spectral range 1520–1566 nm.     

基于DFB激光器四波混频效应的全光波长转换理论分析

对基于DFB激光器四波混频效应的全光波长转换进行了理论研究。利用泵浦光场、信号光场以及转换光场的耦合波方程,讨论了注入信号光功率、归一化光栅耦合系数对波长转换特性的影响。研究结果表明,小的归一化光栅耦合系数和小的注入信号光功率可以获得较高的转换效率,减小归一化光栅耦合系数可以增大激光器的闽值增益,使得转换信号得以放大而获得较高的转换效率。     

光电互联电路中激光器与光纤间接耦合仿真分析

随着大数据、云计算、5G 通信等新兴产业的蓬勃发展,数据中心的信息量成指数增长。光电互联电路可实现数据中心服务器内部板间、组件之间、芯片之间的高速、高带宽、高密度、低功耗、低损耗的信息传输,可有效解决高速电互联技术的传输瓶颈。采用光纤作为传输介质可有效降低光电互联电路的制作成本,激光器与光纤的耦合对准技术则是实现光电互联电路的关键技术之一。文中利用ZEMAX光学软件建立了激光器与光纤间接耦合模型,仿真分析了激光器纵向偏移误差、横向偏移误差、角度偏移误差和45°耦合机构倾斜角角度加工误差对耦合效率的影响。仿真结果可为光电互联电路的设计与制造提供指导。     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

球透镜耦合效率研究

根据能量积分法计算了球透镜用于激光二极管(LD)与单模光纤(SMF)之间耦合的耦合效率,并对其进行研究。结果表明:当采用单球透镜时,所带来的轴向偏差为±30 μm,横向偏差为±1.0 μm,沿着X-Y平面的轴向倾角偏差为±1.2°;当采用双球透镜时,角向偏差最大,横向偏差次之,轴向偏差最小。