980nm半導(dǎo)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(dǎo)體激光器高反膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。選定ta2o5/sio2作為980nm半導(dǎo)體激光器的高反膜材料,通過軟件tfcalc進(jìn)行仿真,對3種不同膜系結(jié)構(gòu)的反射率和電場強(qiáng)度進(jìn)行了對比分析,對鍍膜后和未鍍膜的器件分別進(jìn)行測試。仿真結(jié)果表明:膜系結(jié)構(gòu)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(yīng)用zemax光學(xué)設(shè)計軟件模擬了一種多芯片半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊,將12支808nm單芯片半導(dǎo)體激光器輸出光束耦合進(jìn)數(shù)值孔徑0.22、纖芯直徑105μm的光纖中,每支半導(dǎo)體激光器功率10w,光纖輸出端面功率達(dá)到116.84w,光纖耦合效率達(dá)到97.36%,亮度達(dá)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(dǎo)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(yán)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(dǎo)體激光列陣(lda)的遠(yuǎn)場光場的分布特點,利用多模光纖柱透鏡和光束轉(zhuǎn)換裝置對808nm半導(dǎo)體激光列陣的發(fā)散角進(jìn)行壓縮整形,通過聚焦準(zhǔn)直透鏡將激光束耦合進(jìn)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(dǎo)體激光泵浦nd∶yvo4固體激光器能獲得大功率、高光束質(zhì)量、線偏振的激光輸出,利用pics3d軟件設(shè)計了ingaas/gaas應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu),制作了發(fā)射波長為880nm的大功率半導(dǎo)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(dá)60.8w,光譜半高全寬(fwhm)為2.4nm。為進(jìn)一步改善大功率半導(dǎo)體激光器列陣的光束質(zhì)量,增加半導(dǎo)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(dǎo)體激光器列陣進(jìn)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(dá)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(shè)計了一種穩(wěn)頻的光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器。其通過步進(jìn)電機(jī)對光纖光柵進(jìn)行拉伸調(diào)節(jié)波長,實現(xiàn)了激光頻率調(diào)諧。結(jié)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(nèi)首次推出連續(xù)半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊fc(fibercoupled)系列產(chǎn)品。這是一款融合了炬光科技多項創(chuàng)

基于光學(xué)設(shè)計軟件zemax純非序列,設(shè)計了一種半導(dǎo)體激光器與單模光纖的高耦合效率系統(tǒng).設(shè)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(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),通過百萬次光線追跡,測得所設(shè)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(shù)支持.

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

光纖通信實驗報告 1 半導(dǎo)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(xué)院 信息科學(xué)與工 程學(xué)院 專業(yè)、班級 電子信息工 程0802 姓名黃俊 實驗名稱半導(dǎo)體激光器p-i特性測試實驗 指導(dǎo) 教師 王瑋 教師評語 教師簽名： 年月日 實驗?zāi)康模?⒈學(xué)習(xí)半導(dǎo)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(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動電流的關(guān)系 ⒊掌握半導(dǎo)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(nèi)容： ⒈測量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫出p-i關(guān)系曲線。 ⒉根據(jù)p-i特性曲線，找出半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(zhǔn)半導(dǎo)體激光二極管列陣的19個發(fā)光單元,精密調(diào)節(jié)兩者之間的距離,使耦合輸出功率達(dá)到最大。半導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)結(jié)激光器光束特性進(jìn)行了分析?；趆uygens-fresnel原理計算了激光光束遠(yuǎn)場發(fā)散角以及光束束腰半徑。運(yùn)用高斯光束與單模光纖耦合理論以及abcd矩陣?yán)碚撨M(jìn)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(dǎo)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(shù)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(dǎo)體激光器光纖耦合模塊越來越受到人們的關(guān)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(dǎo)體激光器光纖耦合模塊的溫度成為人們關(guān)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(zhì)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(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)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(xué)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(jīng)準(zhǔn)直、復(fù)合、聚焦,耦合進(jìn)光纖輸出,根據(jù)激光二極管和光纖的相關(guān)參數(shù)設(shè)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(dǎo)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(jìn)數(shù)值孔徑0.22、芯徑100μm的多模光纖中,當(dāng)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(dǎo)體激光光源在激光加工領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)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(dǎo)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(dǎo)體激光器通過合束技術(shù)耦合進(jìn)光纖,制備了一種高效率的半導(dǎo)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(dǎo)體激光器光纖耦合模塊,可用于激光打標(biāo)、塑料加工等領(lǐng)域。

文章從高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊的組成和各個部分的機(jī)理出發(fā),詳細(xì)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(xué)因素。通過優(yōu)化原有工藝與采用新技術(shù),提高了模塊的可靠性,拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。

利用光纖柱透鏡和光束轉(zhuǎn)換裝置壓縮半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體激光器輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直整形;用半球端光纖對光束進(jìn)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(diào)試與封裝困難的問題,且工藝穩(wěn)定,因而有著廣泛的應(yīng)用前景。

采用一種階梯排列結(jié)構(gòu)的單管激光器合束技術(shù)制成了高亮度半導(dǎo)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(dǎo)體激光器進(jìn)行快慢軸準(zhǔn)直,在快軸方向?qū)崿F(xiàn)光束疊加,然后通過兩組消球差設(shè)計的柱面透鏡組分別對合成光束快慢軸方向進(jìn)行聚焦,耦合進(jìn)入光纖。實驗中將6只輸出功率為6w的976nm單管半導(dǎo)體激光器輸出光束耦合進(jìn)芯徑為105μm、數(shù)值孔徑為0.15的光纖中,當(dāng)工作電流為6.2a時,光纖輸出功率達(dá)29.0w,光纖耦合效率達(dá)到80.1%,亮度超過4.74mw/cm2-str。

推導(dǎo)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(dá)式?；诜N子光柵中心波長對應(yīng)的折射率調(diào)制深度和取樣光纖布拉格光柵折射率調(diào)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(diào)制深度和各階光柵周期,從而導(dǎo)出其反射峰值波長的表達(dá)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(jié)構(gòu)參量,因而表達(dá)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(dá)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。

載流導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生的電磁力使等腰三角形懸臂梁變形,從而導(dǎo)致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵(fbg)的布拉格波長漂移。通過檢測2個fbg的波長漂移差,得到被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。雙fbg通過補(bǔ)償溫度效應(yīng),解決了fbg傳感器的交叉敏感問題。垂直放置的等腰三角形懸臂梁,確保fbg在傳感過程中不出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象,又避免了自身重量和導(dǎo)線重量對測量結(jié)果的影響,從而減少了測量誤差。該系統(tǒng)傳感靈敏度為1.11nm/t,與理論值的相對誤差為4.31%,結(jié)果表明,該傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。

根據(jù)理想模展開下的耦合模方程,對光纖布拉格光柵的峰值反射率公式進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了布拉格光纖光柵的光譜反射率表達(dá)式。全面討論了光柵周期、光纖柵長、光致折射率微擾最大值等參數(shù)與光纖光柵反射光譜的關(guān)系。仿真結(jié)果顯示了固定參數(shù)下布拉格光柵的極限窄帶寬,得到的反射率為1、帶寬為0.02nm的窄帶寬布拉格光柵,比現(xiàn)今分布式傳感系統(tǒng)中使用的布拉格光柵的帶寬窄1個數(shù)量級。這種布拉格光纖光柵用于分布式傳感系統(tǒng),可大大提高分布式傳感系統(tǒng)中光源的帶寬利用率,消除各信號間的相互串?dāng)_,提高傳感光柵復(fù)用數(shù)目,降低解調(diào)系統(tǒng)成本。

采用梯度折射率光纖透鏡耦合法實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器到單模光纖的高效率耦合,并在這一系統(tǒng)基礎(chǔ)上完善了半導(dǎo)體激光器全光纖耦合的abcd矩陣?yán)碚摗嶒炛?利用梯度折射率光纖的聚焦特性,選取合適的長度,實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器到單模光纖的高效率耦合,最大耦合效率達(dá)80.5%。此全光纖耦合方式具有體積小、制作簡單、成本低等優(yōu)點,對低成本、實用化的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器的實現(xiàn)具有重要的意義。