974nm半导体激光器的光纤耦合研究

发布时间：2020-03-20 20:30

【摘要】：半导体激光器因其具有寿命长、体积小、光电转换效率高、可靠性高等突出优点,广泛应用于医疗、军事和材料加工等领域,其与单模光纤的耦合可作为光纤激光器的种子源,为光放大器提供高质量的种子光,这对两者耦合效率提出了很高要求。本论文基于半导体激光器和单模光纤的模场分布特点,用模式耦合理论研究了两者的耦合,找到了影响耦合效率的因素以及提高耦合效率的方法,并通过设计耦合模型,对半导体激光器与单模光纤耦合进行了详细的理论与实验研究。主要研究成果如下:1、半导体激光器与单模光纤间模场与相位的不匹配是影响耦合效率的最主要因素。从模式耦合理论出发,提出了将光纤端面加工成楔形微透镜的新方法,特殊的楔面设计可以压缩激光器的快轴发散角,实现两者模场匹配,而楔角顶端的柱状微透镜可有效降低两者相位失配,这些都会使耦合效率得到提高。2、通过设计半导体激光器与楔形透镜光纤耦合模型,提出了用遗传算法优化多变量参数的新方法。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到透镜半径为3.44μm,楔角为88°,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值。3、根据遗传算法得到的优化数据,建立了耦合模型,并用ZEMAX光学仿真软件对耦合模型进行光线追迹,通过观察光纤尾端光斑图像,得到了88.9%的耦合效率。4、从优化激光焊接顺序和激光焊接参数出发,用ANSYS workbench有限元方法仿真得到了焊件温度分布情况和光纤焊后偏移。结果表明,采用先焊前两点再焊后两点的焊接顺序,光纤焊后偏移最小;采用三角形焊接曲线对马鞍架和光纤套管进行焊接,光纤焊后偏移最小,为0.818μm。5、将优化的楔形光纤微透镜参数应用于实验,进行半导体激光器与单模光纤的耦合研究,耦合模块经激光点焊和高低温环境测试后,最大耦合效率可达到81.48%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了做光纤激光器种子源的功率要求。
【图文】：

面光纤是将光纤端面加工成球形，这种结构使光波导与光纤纤芯之间，但是并不能改变光纤的数值孔径，耦合效率提高水平有限。锥形光值孔径，增加吸收光的能力，耦合效率大于 30%。斜面光纤主要用于（c）楔形光纤（d）斜楔形光纤图 1.2 四种光纤端面

半导体激光器结构
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248.4;TN253

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 马艳,谢福增;用于半导体激光器到单模光纤耦合的圆锥端微透镜设计(英文)[J];半导体学报;2004年11期

2 高树理;;半导体激光器和光纤的耦合[J];煤炭技术;2010年02期

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本文编号：2592155