激光二极管光纤耦合技术

将激光二极管（LD）发出的光更高效地注入到光纤中已成为光纤激光器及光纤放大器研究的先决条件,引起了国内外激光器研究者及制造商的重视。各种更新颖的想法和更先进的工艺层出不穷。旨在分析介绍各种光纤耦合技术,供今后的研究人员选择和参考。     

基于808nm半导体激光器单管合束技术的光纤耦合模块

由于单管半导体激光器比半导体激光线阵、叠阵具有更好的光束质量及散热特性,因此更适用于光电干扰光源。针对于电荷耦合器件(CCD)光谱响应曲线特征,采用808nm单管半导体激光器为光源,将24只单管半导体激光器分组集成,通过空间合束和偏振合束以提高其输出功率密度,采用自行设计的光学系统对光束进行扩束聚焦,耦合进芯径为300μm,数值孔径0.22的光纤中,所有激光器都采用串联方式,在8.5A电流下通过光纤输出功率为162W,耦合效率达到84%。     

多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出

设计并研制了一种多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用分子束外延(MBE)方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用4只准直的单条形大功率半导体激光器,器件腔长为2 mm,发光区宽度为100μm,单条形器件的连续输出功率为5.0 W,每两只单条形器件的准直输出光束经过空间合束后再通过偏振合束,实现了多单元器件输出的高光束质量功率合成,采用简单的平凸透镜实现了合束光束与100μm芯径、数值孔径(NA)0.22石英光纤的高效耦合,耦合效率高达79%,输出功率达10.17 W,光纤端面功率密度达1.0×105W/cm2.     

500W光纤耦合半导体激光模块

针对半导体激光器在工业领域的应用和光纤耦合可以实现柔性传输的特点,设计了光纤耦合半导体激光模块。采用光束整形技术、空间合束、偏振合束和光纤耦合等技术,将两组共10个整形后的半导体标准阵列进行合束,扩束后耦合入芯径400m、数值孔径0.22的镀增透膜光纤。在工作电流70 A时,光纤耦合前功率为545 W,光纤耦合后功率为518 W,光纤耦合效率高于95%,得到很高的光纤耦合效率,电光转换效率为43%,为下一步千瓦级光纤耦合半导体激光器的制备奠定了基础。     

半导体激光器双波长光纤耦合模块的ZEMAX设计

为了发挥单管半导体激光器的优势,获得光纤耦合模块多波长、高功率、高亮度的光束输出,利用ZEMAX软件仿真模拟,设计了一种单管光纤耦合模块。此模块将32支输出波长分别为915 nm、975 nm,输出功率为15 W的单管半导体激光器,经过微透镜组快慢轴光束整形、空间合束、偏振合束、波长合束以及光束聚焦等一系列工艺后,耦合进芯径200 m、数值孔径0.22的光纤。模拟结果显示,光纤输出功率467.46 W,光纤前后耦合效率大于98.47%,总耦合效率高于97.39%,光功率密度高于12.86 MW/（cm2sr）,达到了泵浦激光器和功率型器件的性能要求。使用Solidworks软件设计了相应的底板结构,并结合ANSYS软件进行散热模拟分析,结果显示该模块散热性能良好,可行性较高。     

半导体激光二极管的光纤耦合技术

将半导体激光二级管（LD）发出的光更高效地注入到光纤中是光纤激光器与光纤放大器研究的先决条件.半导体激光二级管包括二极管单管、条形巴、二维堆栈和二极管阵列等,其各自的耦合技术之间有联系也有区别.分析介绍了有代表性的柱状楔形法、V型槽法、微透镜法等二极管单管与光纤的耦合技术;光纤束耦合法、光束整形法等二极管条形巴与光纤的耦合技术;以及二极管二维堆栈和二极管阵列与光纤的耦合技术等各种光纤耦合技术,比较了这些方法之间的共通点,供今后的研究人员选择和参考.     

15 kW光纤耦合半导体激光淬火光源

针对激光淬火在大型风电轴承生产中的实际需求,研制了一种功率高达15 kW的光纤耦合半导体激光淬火光源。该光源先采用915 nm和976 nm两个波段各8个宏通道冷却技术封装的半导体激光微巴条阵列作为发光单元,进行空间、偏振及波长合束,在光纤芯径为200μm、数值孔径为0.22的光纤中实现了超过800 W的连续输出,电光转换效率整体达到45%以上。再通过19×1光纤合束器对19个800 W模块进行合束,由输出端口光纤直径为1 mm的光纤耦合输出。光束经过由微透镜阵列与聚焦镜复合的加工头,光斑匀化,最终输出了功率大于15 kW、光斑尺寸为165 mm×25 mm的激光束,满足了大型风电主轴轴承滚道面淬火需求。     

高功率阵列半导体激光器的光纤耦合输出

采用柱透镜对10单元阵列半导体激光器的输出光束进行了有效收集和预准直及多模光纤之间的耦合实验。激光器采用808nm波长、150μm条宽的发射单元,周期为1000μm,与200μm芯径平端光纤阵列的耦合效率高达75％,光纤输出功率7．5W,分析了影响耦合效率的主要因素。     

808 nm大功率半导体激光器光纤耦合模块系统

根据808 nm大功率半导体激光列阵(LDA)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808 nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400 μm的光纤,实现了30 W的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(NA)为0.22.通过分析其输出光斑和输出曲线,表明LDA与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用.     

半导体激光器与变芯径光纤实用化耦合技术研究

文中提出了一种新的实用化光纤耦合方案,将大芯径石英光纤的一端熔成球形(用于 与半导体激光器的耦合) ,另一端拉制成变芯径光纤,这样有利于与其它光学系统的连接。结果表明:采用该方法耦合效率达到75%左右,同时大大地增加了耦合系统的失调容差,降低了调试和封装的难度,因而有着广泛的实际应用价值。     

用于半导体激光器到单模光纤耦合的圆锥端微透镜设计

介绍了一种用于半导体激光器-单模光纤耦合的圆锥端半球透镜的耦合效率的理论计算.失配不存在时,耦合效率随着锥长的增加而减小.失配存在时耦合效率随轴向和角向失配的增大而减小.     

用于半导体激光器到单模光纤耦合的圆锥端微透镜设计

介绍了一种用于半导体激光器-单模光纤耦合的圆锥端半球透镜的耦合效率的理论计算.失配不存在时,耦合效率随着锥长的增加而减小.失配存在时耦合效率随轴向和角向失配的增大而减小     

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.     

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.     

基于两只半导体光放大器级联结构的多波长光纤激光器

通过数值模拟对两只半导体光放大器(SOA)级联结构的静态增益饱和特性进行了理论研究.在不考虑自发辐射的情况下,分析了注入电流对两只SOA级联结构增益的影响.实验上构建了一种基于两只SOA级联结构的多波长光纤激光器,观测并分析了半导体光放大器的驱动电流和增益带宽对多波长输出结果的影响.在室温下,获得了基本符合ITU-T标准100 GHz的27个波长以上的稳定多波长输出,各信道输出功率不平坦度小于±3 dB,线宽小于0.102 nm,信噪比大于25 dB,总输出功率为1.94 mW,并且与由单只SOA构成的多波长光纤激光器进行了对比.     

大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术

利用阶梯反射镜整形技术和偏振合束及波长合束技术成功将两只波长为808nm和两只波长为980nm的40W大功率半导体激光器光束进行混合,最后得到输出功率为95.8W、耦合效率为60%的双波长大功率半导体激光列阵单光纤耦合模块,光纤芯径为400μm,数值孔径为0.22.     

大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术

利用阶梯反射镜整形技术和偏振合束及波长合束技术成功将两只波长为808nm和两只波长为980nm的40W大功率半导体激光器光束进行混合,最后得到输出功率为95.8W、耦合效率为60%的双波长大功率半导体激光列阵单光纤耦合模块,光纤芯径为400μm,数值孔径为0.22.     

半导体激光列阵的高功率高亮度光纤耦合技术

设计了一种可同时实现高功率和高亮度激光输出的简单有效的光纤耦合技术.首先借助光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换,从而有效提高半导体激光列阵输出光束的对称性;然后通过微透镜将光纤列阵输出的圆对称光束耦合进入一根较细的光纤,以进一步压缩光斑直径并提高光束亮度.基于几何光学的理论分析表明;在合适的参数条件下,直径为1.3 mm的光纤列阵输出光束与直径为0.4 mm的单根光纤的耦合效率可达90%以上,即在功率损耗低于10%情况下,激光束的亮度提高了近9倍.