高亮度半导体绿光激光器单管合束及光纤耦合的研究

发布时间：2021-05-09 18:50

　　针对目前高功率高亮度半导体激光器光纤耦合模块的需求,论文依据半导体激光器的特性,以及准直、合束、光纤耦合理论,采用20支绿光半导体激光器单管通过光学变换对其进行空间合束及光纤耦合,设计并制备出一种功率10W,光纤芯径400微米的绿光光纤耦合模块。论文采用ZEMAX光线追迹软件设计了绿光TO管的快慢轴准直透镜、缩束透镜组与光纤耦合消像差透镜组,整个模块依次通过光束准直、空间合束、扩束整形以及光纤耦合技术实现了绿光半导体激光器的高功率光纤耦合输出,理论上可获得的光纤耦合效率为98%以上。通过器件选型、装调、测试等流程完成光纤耦合模块制备实验,实验中将20支输出功率为120W的绿光TO管耦合进入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤,在1.520A的电流激励下获得连续输出功率接近10.120W,对应的光纤耦合效率约为84.2%。实验中耦合效率低于理论值,分析其原因主要是在装调中快、慢轴准直透镜摆放的各种偏差及光纤耦合系统对接时出现的各种误差所造成的,最后提出了相应的改进措施。通过理论分析与实验可以证明本文所研究的绿光半导体激光器光纤耦合模块的设计方案以及结构方式是可行的。 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 半导体激光器及光纤耦合模块的研究现状
        1.2.1 半导体激光器的研究现状
        1.2.2 光纤耦合模块的研究现状
    1.3 半导体激光器的特点及应用
        1.3.1 半导体激光器的特点
        1.3.2 半导体激光器的应用
    1.4 绿光半导体激光器的发展历程
        1.4.1 绿光半导体激光器的背景
        1.4.2 绿光LD的材料问题
        1.4.3 绿光半导体激光器的应用现状
    1.5 本论文的主要工作及安排
第二章 半导体激光器的基本原理及光纤耦合理论
    2.1 半导体激光器的原理
        2.1.1 半导体激光器的结构
        2.1.2 半导体激光器的工作原理
        2.1.3 半导体激光器的主要参数
    2.2 半导体激光器的光束参数及测量方法
        2.2.1 光斑尺寸的评价及测量方法
        2.2.2 远场发散角的评价及测量
    2.3 光束质量评价及影响光束质量的因素
        2.3.1 激光光束质量的评价
        2.3.2 影响激光光束质量的因素
    2.4 半导体激光器准直系统的原理及方法
        2.4.1 准直的基本原理
        2.4.2 常用的准直系统
    2.5 半导体激光器的合束方法
        2.5.1 空间合束
        2.5.2 偏振合束
        2.5.3 波长合束
    2.6 光纤耦合理论及方法
        2.6.1 光纤
        2.6.2 光纤耦合理论
        2.6.3 常用的光纤耦合方法
    2.7 本章小结
第三章 绿光半导体激光器光纤耦合模块的光机结构设计
    3.1 绿光半导体激光器光纤耦合模块的光学设计
        3.1.1 绿光半导体激光器光源设计仿真
        3.1.2 准直光学系统设计
        3.1.3 空间合束模拟仿真
        3.1.4 扩束系统的设计
        3.1.5 聚焦耦合光学系统的设计
    3.2 绿光半导体激光器光纤耦合模块的结构设计
        3.2.1 半导体激光器的发热机理及危害
        3.2.2 半导体激光器的散热方式
        3.2.3 绿光TO单管的散热夹具设计
    3.3 本章小结
第四章 绿光单管半导体激光器光纤耦合模块的实验研究
    4.1 绿光单管合束及光纤耦合模块的实验及分析
        4.1.1 实验器件的选取
        4.1.2 实验过程
        4.1.3 实验的数据分析及注意事项
    4.2 半导体激光器光纤耦合模块结果分析
        4.2.1 快轴准直镜装调误差
        4.2.2 光纤调整误差分析
    4.3 本章小结
结论
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TO单管的10W绿光LD光纤耦合模块[J]. 王智宁,于海娟,周闯,赵鹏飞,孙艳军.  长春理工大学学报(自然科学版). 2018(02)
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博士论文
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硕士论文
[1]单管半导体激光器光纤耦合技术研究[D]. 虞天成.苏州大学 2015
[2]半导体激光器的光束特性和耦合系统设计[D]. 张林.长春理工大学 2012



本文编号：3177834