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《半导体激光器与单模光纤耦合效率的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第6期光学技术No.61999年11月OPTICALTECHNIQUENov.1999文章编号:1002-1582(1999)06-0007-04半导体激光器与单模光纤耦合效率的分析赵勇,李鹏生,浦昭邦(哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,黑龙江哈尔滨150001)摘要:在高斯场分布近似的前提下,从模场半宽匹配的角度描述了半导体激光器(SLD)与单模光纤(SMF)之间的光耦合理论。对不同的SLD-SMF间光耦合的方式作了分析,并从耦合效率与成本双重角度给出了适合于实际工程应用的几种耦合方式的优选率。关键词:半导体激光器;单模光纤;耦合效率;
2、模场半径中图分类号:TN248.4;TN253文献标识码:AAnalysisonthecouplingefficiencybetweensemiconductorlaserdiodeandsingle-modefibersZHAOYong,LIPeng-sheng,PUZhao-bang(DepartmentofInstrumentationandMeasurement-ControlTechnique,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:UsingtheGaus
3、sianbeamapproximationandfromtheviewpointofmodematch,theopticalcouplingtheorybetweensemiconductorlaserdiode(SLD)andsingle-modefibers(SMF)isdescribedinthispaper.VariousSLD-SMFcouplingmethodsareanalyzed.Andthefeasiblemethodsforengineeringpracticearepresentedfromtheanglebotho
4、fthecouplingefficiencyandofthecost.Keywords:SLD;single-modefiber;couplingefficiency;moderadius一、引言点尺寸)应与光纤的模场半径相互匹配起来,也就是说,随着光纤加工工艺和制造技术的日益提高,在光纤使激光器的椭圆形模场转换为光纤的圆形模场,这可以[4]通讯与光纤传感中的传输损耗已经降低到了0.154dB/通过在SLD-SMF间使用透镜来实现。迄今为止,已km的极限程度。而光源与光纤的耦合损耗问题越来越有许多种用不同形状的透镜进行模式匹配的方法,如柱
5、显得突出。在光纤通讯中,由于在多模光纤中各传输模状透镜法、半球透镜法、四角锥形半椭圆透镜法、共焦透[1][5,6]的群延迟不同,所以限制了它的应用场合;而在光纤镜法及柱状透镜与自聚焦透镜组合法等;也可以用传感中,多模光纤与光源的耦合相对单模光纤来说容易一些特种加工技术,如通过拉伸被加热的光纤端头使其得多,但由于单模光纤具有较高的横向分辨力,在一些形成尖锥状或在研磨后熔融光纤的末梢以及用光刻技[2][7～11]特殊的传感测试场合,还必须使用单模光纤。所以,术直接在光纤的端头处加工出各种形状的微透改善和提高半导体激光光源与单模光纤的耦合效率成
6、镜。为国内外研究的焦点。本文将对一些典型的SLD-SMF光耦合方式进行由于单模光纤的芯径只有多模光纤的十分之一,即理论上的分析,并给出一些具有实用价值的数据。并从5～10μm左右,加上激光器在垂直于结平面方向有较大耦合效率与成本双重角度给出了适合于实际工程应用的发散光束角,所以,简单的套筒式耦合无法获得较高的几种耦合方式的优选率。[3]的耦合效率。况且,激光器与光纤轴线的对中容许误二、耦合特性的理论分析差只有1μm,增大了SLD-SMF光耦合的难度。为了减当单模光纤的归一化频率V在1.9≤V≤2.4范小SLD-SMF间的光耦合损耗,激光器
7、的模场半径(光围内时,对在单模光纤内光能量分布采用高斯场近似,收稿日期:1998-12-23;收到修改稿日期:1999-03-31作者简介:赵勇(1973-),男,沈阳市人,哈尔滨工业大学仪器仪表及测控技术系博士研究生,主要从事激光光纤传感测试技术的研究。7光学技术1999年11月误差在1%以内。所以,采用高斯光束模场分布来分析计算和比较各种耦合方式的耦合效率及实用图1SLD-SMF模场耦合原理图性是完全可行的。SLD-SMF直接耦合原理如图1所示。图中w0为单模光纤的模场半宽,其值在理论上在[12]计算过程中相当烦琐,在工程实际中常由下
8、式近似:w01.6192.879a=0.65+3/2+6(1)VV图2耦合效率与两轴相错角度和距离的关系式中a为光纤纤芯半径。在图1中,w1为入射激光的(z=0,w∥=2μm)1模场半宽;z为
