微透镜光纤在半导体激光器中的应用研究

对几种典型的半导体激光器与光纤的耦合特性进行分析,提出提高耦合效率所采用的微透镜光纤的结构.介绍熔拉型、化学蚀刻型、研磨抛光型、切削型、自聚焦光纤型和铸模型等微透镜光纤的制作原理和工艺以及目前达到的指标,并对各种形式的透镜光纤进行了评价.提出了提高耦合效率和失调容差、降低插损的新思路.     

大功率半导体激光器二维阵列光纤耦合技术

介绍了大功率半导体激光器二维阵列的光纤耦合技术,其中有整形耦合法、偏振合束法和波长合束法.用光线追迹法进行了二维阵列的光纤耦合模拟,对结果进行了分析,提出了改进办法,为进一步开展二维阵列的光纤耦合工作提供了有益的借鉴.     

半导体激光器和光纤的耦合系统设计

本文提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤对半导体激光器的输出光束进行准直整形;用半球端光纤对准直后的光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合。研究表明,采用该方法后的耦合效率在80.0%左右。该耦合系统制作简单,调试和封装方便,且工艺稳定,因而在各种半导体激光器和光纤耦合方面具有广泛的应用前景。     

硅微透镜阵列

采用融熔法制备球冠形的光致抗蚀剂掩膜，用离子束刻蚀实现球冠形向硅片上转和多，有效地在较低衬底温度下（低于２００℃）制备出了硅微透镜阵列，通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和表面探针实验证实了微透镜为球冠形。     

基于微透镜阵列的高效率光纤耦合系统设计

光纤耦合是半导体激光器集成光源进一步改善输出光束质量和远距离传输的重要手段。然而,由于半导体激光器单管体积和散热的限制,合成后激光光源的输出光束光参量积仍较大,不利于与单根多模光纤的耦合;直接与光纤束耦合又受到光纤束填充比的限制。针对多个半导体激光器单管集成的光源,采用倒置前端光学放大系统,对合成光束直径进行压缩;并采用六方排列的微透镜阵列作为耦合元件,使其光瞳成像在光纤端面,从而实现微透镜与光纤的一对一耦合,得到理论无损耗的高效光纤耦合系统。为了改善光场边缘像差影响,采用空心光管进一步匀化光场分布,且减小了边缘光线的发散角,提高了边缘光线的成像质量,优化后的系统耦合效率达98%。这一系统利用微透镜阵列将光束分束、成像,克服了集成光源输出光束光参量积较大不易与单根光纤耦合的缺点;通过使微透镜的入瞳成像在光纤端面,且光纤束的排列与微透镜阵列排列相同,提高了光束与光纤束的耦合效率。     

半导体激光器与光纤的耦合方法

美国麻省CeramOptc Industries公司的S.G.Krivoshlykov等人发明一种二极管激光器与光纤的耦合方法。此项专利的核心是光纤与二极管激光器耦合端面加工成折射率在轴向变化的圆锥形,光纤总折射率的轴向变化随光纤端对着的表面距离而变化,光纤端面的形状应使二极管激光器发出的光束进入光纤的耦合效率最高。(美国专利号:     

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。     

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

基于楔形微透镜补偿半导体激光阵列指向偏差

针对半导体激光阵列的发光单元指向性偏差导致快轴光束质量显著劣化的现象,研究了发光单元指向性偏差对快轴光束质量的影响,提出了一种利用微光学元件补偿发光单元指向性偏差的方法,设计了一种楔形微透镜阵列,可实现单个bar条的光束耦合进芯径200μm、NA=02的光纤。模拟计算结果表明,楔形微透镜阵列的补偿作用可使半导体激光阵列快轴方向的光参数积由6424mm·mrad下降到5814mm·mrad,光纤耦合效率达到956,相比补偿前提高了104。为降低工艺难度,采用分类补偿的方法,模拟光纤耦合效率达到915。考虑到工业应用,采用由三片楔形透镜组成的透镜组对分类后的发光单元光束分别进行补偿,测量得到的光纤耦合效率为904,比补偿光束指向性之前的耦合效率提高了约7。     

半导体激光器与单模光纤的耦合研究

对半导体激光器与单模光纤的耦合问题进行了研究。文中对采用自聚集透镜对及采用薄透镜与自聚焦透镜组合来提高耦合效率的方案进行了理论分析，导出了各自方案中各组件的最佳空间位置，并给出了相应的实验结果。     

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。     

半导体增益芯片与微透镜光纤耦合效率研究

光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式,光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大.为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响,寻找最佳微透镜类型,指导器件的设计和装配,分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角,利用ZEMAX软件进行模拟仿真,得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图.结果表明,锥形光纤透镜耦合效果更好,更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器.     

硅微透镜阵列的制备工艺

开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法,实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了孔径在20~90μm、表面质量高的硅微透镜阵列。     

耦合半导体激光进入光纤

测量了半导体激光器的光束质量,对其光束的收集、准直、整形、聚焦和耦合进入光纤进行了实验研究。对于西门子5W diode bar的5个通道之一,采用微型柱面镜及光纤头处理技术,进入200μm光纤的耦合效率高达85.7%。同时还测量了整形系统和光纤的定位灵敏度。     

一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用技术

文中提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤代替柱透镜对半导体激光器输出光束进行准直整形;用半球端光纤对光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合,来代替聚焦透镜和光纤耦合的环节。研究表明:采用该方法耦合效率在80. 0%左右,同时最大程度解决了使用柱透镜和聚焦透镜的组合透镜耦合系统时存在的调试与封装困难的问题,且工艺稳定,因而有着广泛的应用前景。     

大功率激光光纤透镜耦合系统设计

在不考虑像差的情况下,采用傍轴光线传输ABCD定律,结合混合模系数M(或M^2)的定义,研究了大功率LD尾纤输出的混合模类高斯光束经透镜之后束腰及束腰位置和发散角的变化,并在此基础上,利用MATLAB软件中的优化设计工具,提出一种设计大功率激光光纤准直——聚焦双透镜耦合系统的简单方法,最后给出了一个光子晶体光纤激光器透镜耦合系统设计实例．     

微透镜提高光纤耦合效率

据我国台湾研究人员报道，把单模光纤的耦合端制成微透镜结构可以提高光纤与激光二极管的耦合效率。实验中，耦合端具有非对称椭圆锥微透镜（AECSM）的光纤与激光二极管（纵横比为5）的耦合效率最高达85％。而且他们制作AECSM结构的技术只需一步即可完成，可重复性好。     

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。     

用于激光到光纤最佳耦合的二元光学微透镜

采用位相平衡设计法设计了用于激光到光纤最佳耦合的二元光学微透镜，把二元光学微透镜看成是一种沿径向分布的特殊周期性位相结构，并用叠加积分法作了衍射分析，结果表明在不考虑光纤端面反射损耗的情况下，当用多模光纤接收时，设计的二元微透镜能使１００％的入射激光耦合至多模光纤，在光纤中激起的基模比例为９９．６０％；当用单模光纤接收时，设计的二元微透镜能使９９．９５％的入射激光耦合至单模光纤     

面向SOI波导-单模光纤耦合的硅微透镜设计

硅光集成的优势在高速光电子领域不断凸显,被广泛应用于各种通信场景中。在硅基集成技术发展过程中,其面临的一个典型技术难点是硅波导与单模光纤的耦合。本文设计了波导边缘集成的硅微透镜结构,经BPM法(Beam Propagation Method)计算验证该结构可实现3μm厚SOI波导与纤芯直径86μm单模光纤90的近场耦合效率,具备高集成度、高耦合效率、多场景适用等优点。