一種光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊的研制.pdf

1、半導(dǎo)體激光器由于具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、能直接調(diào)制以及性能穩(wěn)定、可靠、使用壽命長(zhǎng)等顯著特性，近些年來，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，成為當(dāng)今光電子學(xué)的核心器件。然而半導(dǎo)體激光器固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它存在一個(gè)嚴(yán)重的不足就是它的光束不對(duì)稱性，且光束發(fā)散角較大。大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得較好的光束質(zhì)量，需要將半導(dǎo)體激光器與光纖耦合輸出，因此，研制光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊，低成本、高效率地將兩者封裝起來成為一個(gè)很有意義的研究課

2、題。 近年來，光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊的研制受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。大功率光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊具有很高的技術(shù)含量，主要涉及光纖技術(shù)、微小光學(xué)技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、耦合封裝和精密機(jī)械等關(guān)鍵技術(shù)。在大功率半導(dǎo)體激光器與多模光纖耦合時(shí)，為獲得最佳的耦合效率不僅應(yīng)考慮兩者的特征參量相互匹配的問題，即多模光纖的纖芯直徑、數(shù)值孔徑，與大功率半導(dǎo)體激光器耦合時(shí)的發(fā)光面積、發(fā)散角、輸出功率等匹配的問題，還要考慮光纖端頭的處理、耦合系統(tǒng)中加各種透鏡等

3、工藝問題，很多情況下需要簡(jiǎn)化工藝、降低成本，以獲得最佳性能價(jià)格比。 目前，半導(dǎo)體激光器和光纖的封裝形式主要有同軸式、雙列直插式和蝶形三類。本論文在深入研究了各種耦合系統(tǒng)及其應(yīng)用條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種由圓柱形透鏡和半球端微透鏡組成的耦合系統(tǒng)，進(jìn)一步研制出了一種新型光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耦合效率高、成本低、對(duì)金加工中的同軸度要求不嚴(yán)格、且能夠方便而精確地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器與光纖的五維耦合調(diào)整。本文主要內(nèi)容如下：

4、 1.分析了半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)和空間模式以及光纖傳輸光的基本理論，具體說明了半導(dǎo)體激光束的整形方法和提高光纖數(shù)值孔徑的方法。分別運(yùn)用模場(chǎng)耦合理論和光線耦合理論對(duì)半導(dǎo)體激光和光纖的耦合進(jìn)行了理論分析。 2.歸納了國(guó)內(nèi)外光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊的產(chǎn)品現(xiàn)狀；總結(jié)了半導(dǎo)體激光器和光纖的耦合方式和耦合系統(tǒng)，并把耦合系統(tǒng)分成微透鏡光纖耦合系統(tǒng)和分立式透鏡耦合系統(tǒng)分別進(jìn)行了分析。其中著重分析了微透鏡光纖耦合系統(tǒng)中比較常用的微透鏡光纖端面

5、的結(jié)構(gòu)及其耦合特性。 3.設(shè)計(jì)了一種由圓柱形透鏡和半球端微透鏡組成的間接耦合系統(tǒng)，對(duì)圓柱形透鏡對(duì)半導(dǎo)體激光束的準(zhǔn)直和半球端微透鏡對(duì)光纖數(shù)值孔徑的提高進(jìn)行了理論分析，并對(duì)光纖柱透鏡和半球形端面輸出光纖的制作工藝給予了詳細(xì)介紹。 4.研制了一種新型光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊。詳細(xì)說明了該光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊的各組成部分，并對(duì)該模塊的功率特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和參數(shù)測(cè)試，結(jié)果表明：我們研制的這種新型光纖輸出半導(dǎo)體激光器模塊各部件