小芯径（50μm）高亮度半导体激光器的光纤耦合设计

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1、学号：S14020220硕士学位论文小芯径（50m）高亮度半导体激光器的光纤耦合设计研究生姓名：曹曦文学科、专业：光学工程二○一六年十二月分类号：TN248.4密级：公开UDC：编号：小芯径（50m）高亮度半导体激光器的光纤耦合设计DesignonHigh-brightnessCouplingSemiconductorLaserswith50µmSmallCoreFiber学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学工程（085202）研究方向：光电子技术及应用申请学位级别：工程硕士指导教师：薄报学研究员研究生：曹曦文论文起止时间：2015.11—20

2、16.12摘要随着半导体激光器在切割等领域的发展，对半导体激光器光纤耦合的精密性逐渐提高，高亮度的激光输出变得越来越重要。本论文主要研究小芯径的高亮度半导体激光器的光纤耦合。设计结构由6只芯片等光程阶梯反射镜排列组成，分为准直、合束、聚焦三部分。单芯片半导体激光器发光区尺寸1µm×30µm，芯片腔长3.5mm，快轴发散角30º，慢轴发散角10º，功率为6W，波长940nm。用ZEMAX仿真模拟，耦合进小芯径d=50µm，数值孔径NA=0.12的多模光纤。得到聚焦光斑直径38.5μm，输出功率为35.5W，光纤耦合效率为98.6%，输出亮度为44.3MW/(cm2·sr)。最后，根据

3、输出光束远场分布特性，得出影响光纤耦合效率的因素有发散角、非等光程、阶梯高度、装调时的位置偏差和角度偏差等，角度/距离增加耦合效率明显下降。关键词：光纤耦合半导体激光器小芯径ZEMAXABSTRACTWiththedevelopmentoftechniqueinlaserbeamcutting,therequirementinfibercouplingtechniqueofsemiconductorlasersisincreasinglymeticulous，researcherspayhighattentiontohigh-brightnessleaseroutput.Toobt

4、ainhighbrightnesssemiconductorlaserswithfibercouplingoutput,take6single-emitterlaserdiodeswithλ=940nm,cavitylength3.5mm,emittersizeof1μm×30μm,fastaxisdivergenceangleof30º,slowaxisdivergenceangleof10ºandlaserpowerof6W,areassembled,basedonequalopticalpathdesign.Theopticalsystemconsistoflaseralig

5、nment,laserbeamcombiningandlaserfocusing.DesigningopticalsysteminZEMAX,makesimulationonhighbrightnesssemiconductorlaserswithd=50µmandNA=0.12multimodefiberoutputhasbeenachievedaccordingtofiberrule.Thediameteroflaserspotcanbe38.5μm,thelaserpoweroffiberoutputcanbe35.5W,theefficiencyoflasercouplin

6、gcanbe98.6%,thelaserbrightnessoffiberoutputcanbe44.3MW/(cm2·sr).Lastly,basedonthedefectsofdivergenceangle,unequalopticalpath,stepheight,angledeviationandpositionaldeviation,drawtheconclusionthroughanalysisoflasersfarfileddistribution,thatcouplingefficiencyweredecreasedlargelywhentheincreasingo

7、fangledeviationorpositionaldeviation.Keywords:lasercouplingsemiconductorlasersmallcoreZEMAX目录第一章绪论..........................................................................................................................................