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《半导体激光器和光纤耦合的实现方法》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21卷第5期新乡师范高等专科学校学报Vol.21,No.52007年9月JOURNALOFXINXIANGTEACHERSCOLLEGESEP,2007X半导体激光器和光纤耦合的实现方法王田虎(新乡学院物理系,河南新乡453003)摘要:从波动理论出发,分析了半导体激光器与光纤耦合的理论,讨论了实现半导体激光器和光纤耦合的方法,其中锥端球面微透镜耦合效率可达到80%,展望了半导体激光器和光纤耦合技术的发展前景。关键词:耦合;光纤;半导体激光器;光纤通信中图分类号:TN253文献标志码:A文章编号:1008O7613(2007)05O
2、0034O04[1-3]0引言光器基模输出场的近场分布可表示为22自20世纪70年代初,美国康宁公司成功地研xyW=W0exp22+2制出世界上第一根实用化石英光纤以来,以光纤为w0xw0y传输媒介的光纤通信和由此派生出来的光纤传感器式中W0为场振幅,X0x、X0y为半导体激光器前端面技术得到了飞速的发展。在使用光纤传送光束的光上x(垂直于结平面)和y(平行于结平面)方向上的路结构中,往往以半导体激光器(LD)作光源,光纤光束束腰半径。与光接收机之间是利用耦合技术来实现连接的,所在标量近似下,单模光纤的导波本征模Æ(r)以,耦合效率的
3、高低直接影响光纤通信系统的性能。可以用Bessel函数来表示半导体激光器同光纤的耦合系统概括起来可分为两J0(urPa)r[a大类:采用分立的小型或微型光学元件构成的耦合«(r)=J0(u)r>aK0(wrPa)系统和采用在光纤端面制作微透镜的耦合系K0(w)[1-3]统。后一类系统的优点是灵活方便,易于集成式中J0为第一类贝塞尔函数,K0为第二类贝塞尔封装和加工制作。函数,L、X为归一化横向模式系数。上式的具体表1半导体激光器与光纤的耦合理论达形式比较复杂,有时为了计算方便,Æ(r)也可以半导体激光器与光纤的高效率耦合,主要取决采用
4、高斯形式来近似。当单模光纤的归一化频率V于半导体激光器的输出光场与光纤(以单模光纤为>0.75时,有22例)本征模之间的模式匹配程度。因此,在计算耦合«(r)=exp[-rPwF]效率前,必须了解半导体激光器输出场和单模光纤其中1.56本征模场的分布形式。wF=a(0.65+1.619Pv+2.879Pv)半导体激光器具有多层平板介质波导或矩形波非理想情况下的光纤端面激光辐射场分布可近导结构,而且有源区的截面尺寸很小,一般为0.15似表示为Lm@(2~4)Lm,其远场为椭圆对称高斯光束,且发n散角大,一般情况下,在平行于结平面方向上的
5、光束WFc=WF7Fi(x,y)x,yWAjoo发散角为10~20,在垂直于结平面方向上的光束在知道单模光纤端面上的激光辐射场7'和单oo发散角为30~40。在高斯近似条件下,半导体激模光纤本征模Æ(r)的具体形式后,我们即可以根据X收稿日期:2007O03O16作者简介:王田虎(1980O),男,河南辉县人,新乡学院物理系教师,硕士,主要从事激光应用与光电测技术研究。34第5期王田虎:半导体激光器和光纤耦合的实现方法[4]下式计算半导体激光器与单模光纤的耦合效率:Gc=-101gc*2n
6、kW#«ds
7、A7(1-Rj)#(dB)jc
8、c**kWWdsk«#«dsA图1单球透镜耦合系统的示意图式中Rj为耦合系统中第j个光学界面的总反射率。基棒内产生径向的折射率分布制成的,它的聚光能上式表明,半导体激光器与单模光纤之间的耦合损力是依靠折射率的渐变分布来实现的,焦距由透镜耗主要由两方面因素造成:一是各光学界面上的光长度决定。平端自聚焦透镜球差较严重,会聚光斑功率反射损耗,另一个是单模光纤端面上的激光辐较大,可把前端研磨成球面,补偿透镜的球差,耦合c射场W和单模光纤本征模5之间由于振幅分布和[3]损耗可降为1db左右。自聚焦透镜外形尺寸较等相位面分布的失配而造成的模式耦合
9、损耗。小,数值孔径较大,损耗较低,但透镜的折射率分布2半导体激光器与光纤的耦合方式优化需精密测量和复杂计算,透镜的加工过程需要半导体激光器与光纤的耦合可以分为两大对曲率球面进行精密研磨,增大了制作难度和成本。[1]类:一种是分离透镜耦合,即在光源和光纤之间插图2为利用自聚焦透镜耦合示意图。入光学元件的方法,如插入透镜、棱镜等;另一种是光纤直接耦合,即光纤和光源直接耦合,而不经过任何系统。无论哪种方法,目的都是对激光器发出的光场进行整形,使入射光场与光纤本征光场分布达到最大可能的匹配。2.1分离透镜耦合图2自聚焦耦合系统示意图耦合系统内
10、部各光学元件之间以及耦合系统与光纤是分立的,此时对半导体激光器、光学耦合系统2.1.3利用组合透镜在许多光纤耦合系统中,常利用柱透镜、球透和光纤之间的共轴准直要求较高。在进行组件封装镜、自聚焦透镜及锥形光纤等相互组合来提
