铲形光纤与半导体激光器耦合特性的研究

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1、第34卷第3期激光技术Vo1．34．No．32010年5月LASERTECHN0L0GYMay，2010文章编号：1001—3806(2010)03—0385—04铲形光纤与半导体激光器耦合特性的研究赵曾伟，宋海飞，邢彩虹，张新英，毛海涛，王庆国(河南大学物理与电子学院，开封475004)摘要：为了提高半导体激光器与光纤的耦合效率和失配容忍度，提出了利用带铲形微透镜的多模光纤与大功率半导体激光器进行耦合的新技术。采用模场匹配的方法，推导出耦合效率关系。在理论上讨论了耦合时在轴向、倾角的失配容忍度，并在实验中得到了高达78．5％的耦合效率。这一结果对提高铲形光纤的实用

2、性是有帮助的。关键词：光纤光学；耦合特性；铲形光纤；激光二极管中图分类号：TN248．4；TN253文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001-3806．2010．03．028StudyoncouplingcharacteristicsofspadefiberandlaserdiodeZHAOzeng—wei，SONGHai母i．XINGCai-hong．ZHANGXin-ying，MAOHai—tao，WANGQing-guo(SchoolofPhysicsandElectronics，HenanUniversity，Kaifeng475004，

3、China)Abstract：Anoveltechniquethatahighpowerlaserdiodeisdirectlycoupledtoaspademicro·lensmuhimodefiberwaspresentedtoimprovethefibercouplingefficiencyandalignmenttolerance．Withthefieldmatchingtechnology，therelationshipofcouplingeficiencywasdeduced．Thealignmenttolerancesforaxisandobliqui

4、tywerealsodiscussed．Thecouplingeficiencyreachedupto78．5％inexperiments．Itishelpfultoimprovethepracticalityofspadefibercouplingsystems．Keywords：fiberoptics；couplingcharacteristic；spadefiber；laserdiode影响，理论耦合效率为82．4％，实际达到73．5％L4]。引言WANG等人采用改进了的光线追迹数值计算方法，激光二极管LD具有体积小、寿命长及可与集成考虑了光线在半锥形多模光纤

5、锥面多次反射的情电路集成安装等优点，在激光通讯、光信息存储、激光况，计算了半导体激光器与无包层半锥形多模光纤打印、测距以及光孤子等领域已经得到广泛应用⋯。的耦合效率，分析了相对平移、相对倾斜对耦合效率光纤加工工艺和制造技术的日益提高使光纤的应用范的影响，并定性地给出了锥角及半锥宽度对耦合效围不断扩大。由于LD的光波导存在较强的非对称率的影响J。性，其输出光束的空间分布在快轴和慢轴方向上出现作者采用铲形光纤端头直接耦合的方式，从波动较大差异，且具有较大的发散角，使LD与光纤直接耦理论出发，用模场和相位匹配的方法分析了铲形光纤合受到很大限制。目前存在各种各样的耦合系统，

6、的耦合特点，并详细分析了失容度与耦合效率之间的通常按照LD和光纤之间是否存在光学元件，耦合方关系。从铲形光纤的制作工艺角度，优化和提高了系式可分为直接耦合和间接耦合j。间接耦合系统可统的耦合效率。理论分析及实验均表明，该系统可以以获得较高的耦合效率，但给装配和封装过程造成了较好地解决大功率激光二极管与多模光纤的耦合很大的困难，且费用昂贵。现在常采用的是直接耦合问题系统，利用微加工技术在光纤端面制作微透镜。以增大1理论分析光纤的数值孔径，使LD模场和光纤模场相匹配，进而提高耦合效率。典型的条状半导体激光器有源区厚度只有1肌，而LIN等人提出了新颖的铲形结构，用光线追迹

7、理宽度却有100p~m一150txm，这将导致出射光束束腰严重论分析了光纤的切割角度及切割深度对耦合效率的不对称。通常，垂直于PN结方向的发散角在3O。一40。之间，平行于PN结方向上的发散角在3。一10。之间j，这就导致了LD的远场光斑为狭长的椭圆形。因此，在作者简介：赵曾伟(1982一)，男，硕士研究生，主要从事于光纤耦合过程中必须对输出光束加以整形校正。激光光纤耦合技术研究。通讯联系人。E—mail：maoht@henu．edu．an1．1铲形光纤的特性收稿日期：2009．03—23；收到修改稿日期：2009—05—18在光纤端面通过研磨得到如图1所示的铲