980nm半導體激光器雙布拉格光纖光柵波長鎖定器

通過軟件模擬和理論分析,對980nm半導體激光器高反膜的結構進行了優(yōu)化設計。選定ta2o5/sio2作為980nm半導體激光器的高反膜材料,通過軟件tfcalc進行仿真,對3種不同膜系結構的反射率和電場強度進行了對比分析,對鍍膜后和未鍍膜的器件分別進行測試。仿真結果表明:膜系結構為al2o3(ta2o5/sio2)7ta2o5的高反膜性能良好,鍍膜后的閾值電流減小了20ma左右,斜率效率從0.48增加到了0.86。

應用zemax光學設計軟件模擬了一種多芯片半導體激光器光纖耦合模塊,將12支808nm單芯片半導體激光器輸出光束耦合進數(shù)值孔徑0.22、纖芯直徑105μm的光纖中,每支半導體激光器功率10w,光纖輸出端面功率達到116.84w,光纖耦合效率達到97.36%,亮度達到8.88mw/(cm2·sr)。通過zemax和origin軟件分析了光纖對接出現(xiàn)誤差以及單芯片半導體激光器安裝出現(xiàn)誤差時對光纖耦合效率的影響,得出誤差對光纖耦合效率影響的嚴重程度從大到小分別為垂軸誤差、軸向誤差、角向誤差。

根據(jù)808nm大功率半導體激光列陣(lda)的遠場光場的分布特點,利用多模光纖柱透鏡和光束轉換裝置對808nm半導體激光列陣的發(fā)散角進行壓縮整形,通過聚焦準直透鏡將激光束耦合進入芯徑為400μm的光纖,實現(xiàn)了30w的功率輸出,其中最大耦合效率大于80%,光纖的數(shù)值孔徑(na)為0.22。通過分析其輸出光斑和輸出曲線,表明lda與光纖耦合系統(tǒng)不僅從各個方向同時壓縮了激光束的發(fā)散角,有效地實現(xiàn)了對激光束的整形、壓縮,而且性能穩(wěn)定,可靠實用。

為了使半導體激光泵浦nd∶yvo4固體激光器能獲得大功率、高光束質量、線偏振的激光輸出,利用pics3d軟件設計了ingaas/gaas應變量子阱結構,制作了發(fā)射波長為880nm的大功率半導體激光器列陣。該激光器列陣激射區(qū)單元寬為100μm,周期為200μm,填充因子為50%,激光器列陣cs封裝模塊室溫連續(xù)輸出功率達60.8w,光譜半高全寬(fwhm)為2.4nm。為進一步改善大功率半導體激光器列陣的光束質量,增加半導體激光端面泵浦功率密度,采用階梯反射鏡組對880nm大功率半導體激光器列陣進行了光束整形,利用階梯鏡金屬表面反射率受近紅外波長變化影響小的特點,研制出高穩(wěn)定性、大功率光纖耦合模塊。模塊輸出功率為44.9w,光-光耦合效率達73.8%,尾纖芯徑φ為400μm,數(shù)值孔徑(na)為0.22。

為了提高1.5μm波段激光器的頻率穩(wěn)定性,利用乙炔分子飽和吸收穩(wěn)頻,設計了一種穩(wěn)頻的光纖光柵外腔半導體激光器。其通過步進電機對光纖光柵進行拉伸調節(jié)波長,實現(xiàn)了激光頻率調諧。結果表明,所研制的激光器擁有較高的頻率穩(wěn)定度。

2010年1月,西安炬光科技有限公司在國內首次推出連續(xù)半導體激光器光纖耦合模塊fc(fibercoupled)系列產品。這是一款融合了炬光科技多項創(chuàng)

基于光學設計軟件zemax純非序列,設計了一種半導體激光器與單模光纖的高耦合效率系統(tǒng).設計過程中考慮了激光器發(fā)光面的大小,而不是將其看做點光源;在現(xiàn)有的非球面鏡透鏡單模光纖耦合系統(tǒng)基礎上進行了改進,通過百萬次光線追跡,測得所設計系統(tǒng)的耦合效率大于54%.用zemax和origin軟件分析了單模光纖與耦合系統(tǒng)對接出現(xiàn)誤差情況下對耦合效率的影響,分別給出了各種對接誤差情況下的耦合效率變化曲線,為耦合系統(tǒng)的工程安裝提供理論分析和技術支持.

為了實現(xiàn)半導體激光器與單模光纖快速精確耦合對準,需分析對準平臺的擾動特性.首先,基于半導體激光器與單模光纖的對準誤差,構建了五維對準平臺.然后,針對半導體激光器與單模光纖對準過程中運動誤差的隨機性問題,運用多體系統(tǒng)理論,建立了對準平臺的拓撲結構模型,并分析了其運動過程中的位姿,得到了半導體激光器末端點運動誤差模型.最后,利用montecarlo方法,結合該運動誤差模型,對運動誤差進行了概率分析.結果表明:在不考慮靜止誤差的情況下,半導體激光器末端點的位置在x、y和z三個方向的運動誤差近似為中間高兩邊低的對稱分布.此分析可為對準過程中運動誤差補償提供數(shù)據(jù)參考.

光纖通信實驗報告 1 半導體激光器p-i特性測試實驗 實驗室名稱：光纖通信實驗室實驗日期：2011年04月26日 學院 信息科學與工 程學院 專業(yè)、班級 電子信息工 程0802 姓名黃俊 實驗名稱半導體激光器p-i特性測試實驗 指導 教師 王瑋 教師評語 教師簽名： 年月日 實驗目的： ⒈學習半導體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理 ⒉了解半導體激光器平均輸出光功率與注入驅動電流的關系 ⒊掌握半導體激光器p（平均發(fā)送光功率）-i（注入電流）曲線的測試方法 實驗內容： ⒈測量半導體激光器輸出功率和注入電流，并畫出p-i關系曲線。 ⒉根據(jù)p-i特性曲線，找出半導體激光器閾值電流。 實驗器材： ⒈光纖通信原理實驗箱1臺 ⒉光功率計1臺 ⒊fc/pc-fc/pc單模光跳線1根 ⒋萬用表1臺 ⒌

根據(jù)大功率半導體激光二極管列陣與光纖列陣耦合方式,分別從理論和實驗兩方面討論、分析了大功率半導體激光二極管列陣與微球透鏡光纖列陣耦合。將19根芯徑均為200μm的光纖的端面分別熔融拉錐成具有相同直徑的微球透鏡,利用v形槽精密排列,排列周期等于激光二極管列陣各發(fā)光單元的周期。將微球透鏡光纖列陣直接對準半導體激光二極管列陣的19個發(fā)光單元,精密調節(jié)兩者之間的距離,使耦合輸出功率達到最大。半導體激光二極管列陣與微球透鏡光纖列陣直接耦合后,不僅從各個方向同時壓縮了激光束的發(fā)散角,有效地實現(xiàn)了對激光束的整形、壓縮,而且實現(xiàn)30w的高輸出功率,最大耦合效率大于80%,光纖的數(shù)值孔徑為0.16。

建立了半導體激光器與單模光纖通過球透鏡耦合的光傳輸模型,對雙異質結激光器光束特性進行了分析?；趆uygens-fresnel原理計算了激光光束遠場發(fā)散角以及光束束腰半徑。運用高斯光束與單模光纖耦合理論以及abcd矩陣理論進行了激光器與單模光纖的球透鏡耦合效率分析,給出了最優(yōu)化的耦合封裝工藝參數(shù),以及各個影響耦合效率的參數(shù)容忍度,對半導體激光器與單模光纖的球透鏡耦合封裝具有重要意義。

隨著光纖激光器技術的飛速發(fā)展,作為光纖激光器泵浦源的高功率,高亮度的大功率半導體激光器光纖耦合模塊越來越受到人們的關注。提高光纖耦合效率和光纖耦合模塊的可靠性,有效控制大功率半導體激光器光纖耦合模塊的溫度成為人們關注的重點。

光纖耦合輸出的高功率激光二極管模塊具有體積小、光束質量好、亮度高等特點,在泵浦光纖激光器、材料處理、醫(yī)療儀器等領域都獲得了廣泛的應用。為了進一步提高光纖耦合激光二極管模塊的輸出功率,提出了基于多只激光二極管串聯(lián)的光纖耦合方法。這種方法具有耦合效率高、光學元件加工簡單等特點。利用兩組反射鏡,將多只高功率激光二極管輸出光束經準直、復合、聚焦,耦合進光纖輸出,根據(jù)激光二極管和光纖的相關參數(shù)設計了聚焦透鏡。利用特殊加工的aln材料作為過渡熱沉解決了激光二極管的導熱和相互之間的絕緣問題。采用這種方法將4只輸出波長為980nm的高功率激光二極管輸出光束耦合進數(shù)值孔徑0.22、芯徑100μm的多模光纖中,當工作電流為4.0a時,光纖連續(xù)輸出功率為11.6w,耦合效率大于79%。

隨著半導體激光光源在激光加工領域的應用不斷擴展,以激光二極管陣列制成的光纖耦合模塊由于存在耦合效率低的缺點,已不能滿足激光加工低成本的需求,因此研制高耦合效率的半導體激光器光纖耦合模塊變得十分重要。本文將8只波長為808nm、輸出功率為5w的單管半導體激光器通過合束技術耦合進光纖,制備了一種高效率的半導體激光器光纖耦合模塊。光纖芯徑為200μm、數(shù)值孔徑(na)為0.22,光纖輸出功率為33.2w,耦合效率超過83%,這種高效率半導體激光器光纖耦合模塊,可用于激光打標、塑料加工等領域。

文章從高功率半導體激光器光纖耦合模塊的組成和各個部分的機理出發(fā),詳細分析了影響其可靠性的因素,主要有以下三個方面:激光器自身的因素、耦合封裝工藝和電學因素。通過優(yōu)化原有工藝與采用新技術,提高了模塊的可靠性,拓寬了其應用領域。

利用光纖柱透鏡和光束轉換裝置壓縮半導體激光器列陣(lda)的發(fā)散角,然后通過聚焦透鏡將激光束耦合入芯徑為400μm的微球透鏡光纖。lda與光纖耦合輸出后,實現(xiàn)33w的高出纖功率,最高耦合效率大于80%,光纖的數(shù)值孔徑(na)為0.22。

文中提出了一種實現(xiàn)半導體激光器和多模光纖耦合的實用化方法。用一段直徑為600μm的裸石英光纖代替柱透鏡對半導體激光器輸出光束進行準直整形;用半球端光纖對光束進行聚焦后直接實現(xiàn)和光纖耦合,來代替聚焦透鏡和光纖耦合的環(huán)節(jié)。研究表明:采用該方法耦合效率在80.0%左右,同時最大程度解決了使用柱透鏡和聚焦透鏡的組合透鏡耦合系統(tǒng)時存在的調試與封裝困難的問題,且工藝穩(wěn)定,因而有著廣泛的應用前景。

采用一種階梯排列結構的單管激光器合束技術制成了高亮度半導體激光器光纖耦合模塊,可用于泵浦摻y(tǒng)b3+大模場雙包層光纖激光器。利用微透鏡組對各單管半導體激光器進行快慢軸準直,在快軸方向實現(xiàn)光束疊加,然后通過兩組消球差設計的柱面透鏡組分別對合成光束快慢軸方向進行聚焦,耦合進入光纖。實驗中將6只輸出功率為6w的976nm單管半導體激光器輸出光束耦合進芯徑為105μm、數(shù)值孔徑為0.15的光纖中,當工作電流為6.2a時,光纖輸出功率達29.0w,光纖耦合效率達到80.1%,亮度超過4.74mw/cm2-str。

為了實現(xiàn)多波長激光輸出,提出了一種改進的多波長主動鎖模光纖環(huán)形激光器,采用集成級聯(lián)采樣光纖光柵進入激光腔形成穩(wěn)定的多種波長激光的方法,進行了理論分析和實驗驗證。結果表明,雙環(huán)形腔結構對于所有波長激光,其腔長度是一致的,從而可以用相同的鎖模信號實現(xiàn)所有波長的同步鎖模。實驗中光纖環(huán)形激光器成功實現(xiàn)了以1.6nm為間隔的波長多達14個;它的輸出功率大于0dbm,邊模抑制比約30db,最高模式鎖模頻率為1.05ghz,輸出脈沖序列的脈寬是216ps。這一結果對光纖傳輸系統(tǒng)設計是有幫助的。

提出了一種基于級聯(lián)長周期光纖光柵的光纖布拉格光柵解調系統(tǒng)。級聯(lián)長周期光纖光柵作為邊沿濾波器,利用它的一個線性區(qū)監(jiān)測單個光纖布拉格光柵傳感信號。該系統(tǒng)具有結構簡單、價格低等優(yōu)點,但易受光源抖動及系統(tǒng)其他不穩(wěn)定因素等帶來的系統(tǒng)噪聲的影響。為消除系統(tǒng)噪聲帶來的不利影響,對該系統(tǒng)進行了改進。改進系統(tǒng)利用級聯(lián)長周期光纖光柵的兩個線性區(qū)同時監(jiān)測兩個光纖布拉格光柵傳感信號。分別用原系統(tǒng)及其改進系統(tǒng)對溫度進行監(jiān)測,實驗的溫度測量范圍為-70～-115°c。原系統(tǒng)的靈敏度為0.49mv/°c,溫度分辨率為0.5°c;改進系統(tǒng)的靈敏度為0.86mv/°c,溫度分辨率為0.3°c。實驗結果表明改進系統(tǒng)能有效消除系統(tǒng)噪聲,提高系統(tǒng)的精度。

實驗一半導體激光器p-i特性測試實驗 一、實驗目的 1.學習半導體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理 2.了解半導體激光器平均輸出光功率與注入驅動電流的關系 3.掌握半導體激光器p（平均發(fā)送光功率）-i（注入電流）曲線的測試方法 二、實驗儀器 1.zy12ofcom13bg型光纖通信原理實驗箱1臺 2.光功率計1臺 3.fc/pc-fc/pc單模光跳線1根 4.萬用表1臺 5.連接導線20根 三、實驗原理 半導體激光二極管（ld）或簡稱半導體激光器，它通過受激輻射發(fā)光，（處于高 能級e2的電子在光場的感應下發(fā)射一個和感應光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級 e1，這個過程稱為光的受激輻射，所謂一模一樣，是指發(fā)射光子和感應光子不僅頻率 相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，它和感應光子是相干的。）是一種閾 值器件。由于受激輻射與

推導并驗證了非啁啾取樣光纖布拉格光柵(sfbg)反射譜中反射峰值波長的表達式。基于種子光柵中心波長對應的折射率調制深度和取樣光纖布拉格光柵折射率調制函數(shù)的傅里葉級數(shù)展開式,提煉出取樣光纖布拉格光柵的折射率調制深度和各階光柵周期,從而導出其反射峰值波長的表達式。由于考慮了占空比、取樣周期等取樣光纖布拉格光柵的結構參量,因而表達式能夠描述反射峰的分布。仿真實驗中,不同占空比或取樣周期下計算出的反射峰值波長、信道間隔符合數(shù)值反射譜。該表達式既適用于均勻取樣光纖布拉格光柵,也適用于交流切趾和交直流切趾取樣光纖布拉格光柵。