激光耦合技术实战
激光与光纤耦合原理
激光与光纤耦合原理
激光与光纤耦合是指将激光能量有效地传输到光纤中的过程。
光纤是一种以玻璃或塑料为基底的细长管状结构，可以传输光信号。
激光是一种高强度、高方向性、高单色性的光束。
激光与光纤之间的耦合主要依靠两种方式：端面耦合和内部耦合。
端面耦合是指将激光束直接传输到光纤的端面上。
内部耦合是指将激光束传输到光纤的内部，通过光纤内的折射和反射来实现能量传输。
在端面耦合中，激光束需要经过准直、聚焦等处理，使其能够尽可能地与光纤的端面对齐。
常用的方式包括使用透镜、光纤对准仪等工具来实现。
同时，由于激光束在空间中的传播性质，需要注意光纤端面的反射和散射问题，以避免能量损失和干扰。
内部耦合则更为复杂。
常见的内部耦合方式有衍射耦合和折射耦合。
衍射耦合是指通过衍射元件（如光栅）将激光束分成多个波前，将其中一个波前耦合到光纤中。
折射耦合是通过调整光纤和激光束的入射角度，使得激光束在光纤内部发生折射，从而进入光纤。
无论是端面耦合还是内部耦合，都需要考虑到激光与光纤之间的匹配问题。
其中一个重要的参数是模式匹配，即激光束和光纤的模式（光束横截面的分布形态）之间的匹配程度。
若两者之间的模式匹配度较低，会导致能量损失和光损耗的增加。
此外，还需要注意光纤的对准精度、表面反射率等因素，以及
使用适当的耦合器件（如透镜、光栅等）来提高耦合效率。
综上所述，激光与光纤耦合是一种将激光能量传输到光纤中的过程。
通过端面耦合或内部耦合，合理选择耦合方式、匹配光纤和激光束的模式，以及优化光纤对准和耦合器件的设计，能够实现高效的激光与光纤之间的能量传输。
绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术研究
绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术研究摘要：近年来，随着我国经济的高速发展和科技的进步，光电器件与材料相关领域的研发不断取得新进展，性能得到明显强化，在各大领域得到广泛应用。
为进一步提高半导体激光功率，可以采用激光器单管合束及光纤耦合技术。
基于此，分析研究绿光半导体激光器单管合束及光纤耦合技术，对提高仪器总功率以及将其应用于更多领域有重要的现实意义。
关键词：绿光半导体激光器；单管合束；光纤耦合前言：利用合束技术可以使多个半导体激光器在光纤中进行耦合，由此形成半导体激光器的光学器件，保证激光的输出功率，提高激光束的质量。
目前，国内外已广泛使用多种红外波段的半导体激光器，广泛用于彩色显示、激光印刷、高密度光盘存储等领域，但目前对于可见光波段激光耦合模块尤其是绿光波段的研究还很少，因此，对绿光高功率半导体激光器光纤耦合模块进行深入研究，是当前光电器件与材料相关领域研发重点之一。
1半导体激光器光纤耦合模块研究半导体激光器技术已经相对成熟，由于其具有光束不均匀性、单元功率低等特点，在一定程度上限制其应用领域。
为保证半导体激光器的功率输出，需要对激光器进行多层叠加，这会一定程度上限制光束质量。
随着半导体耦合技术的不断发展和进步，通过使用半导体激光器进行合束，可以有效提升光束的质量，实现激光远距离柔性传输。
最早的光纤是20世纪50年代研制出来的，后来被人们逐渐推广使用。
在20世纪70年代，就有国外公司利用化学气相沉积法得到了损耗较低的光纤，随着半导体激光器的迅速发展和光纤耦合技术的发展，人们对不同类型的半导体激光器进行了大量的研究，并取得了大量的成果。
2半导体激光器非相干合束技术目前，半导体激光器的合束技术方法有两种：相干合束和非相干合束。
半导体激光器利用光束准直技术和聚焦耦合技术，使多个光束单元的耦合成为可能。
在相干合束技术的应用中，采用了相位控制方法，使激光阵列各发光元件产生同一波长的光束，从而达到相干合束。
光纤和半导体激光器耦合的实现方法
光纤和半导体激光器耦合的实现方法光纤和半导体激光器的耦合是将光纤与半导体激光器的光输出进行有效地连接的过程。
光纤和半导体激光器的耦合技术对于实现高效率和高品质的光纤通信、光纤传感和光纤激光器应用非常重要。
下面将介绍光纤和半导体激光器耦合的几种基本实现方法。
1.朴素方法：一种最简单的方法是将光纤粗略地对准激光器的外圆，然后用胶水或其他适当的导光材料固定光纤。
这种方法的缺点是会引入大量的光耦合损耗和模式不匹配损耗，导致耦合效率较低。
2.渐变折射率耦合：渐变折射率耦合是一种改进的方法，该方法通过在光纤末端表面使用透镜或折射率均匀变化的介质来改善耦合效率。
这种方法可以通过将光纤端面与激光器外表面之间的折射率差最小化来减少反射和模式相位匹配的不匹配，从而提高光纤和激光器之间的功率转移效率。
3.FC/APC连接：FC/APC（Angled Physical Contact）是一种常见的连接器类型，其端面倾斜以减少反射。
在光纤和激光器之间使用倾斜的光纤连接器，可以减少反射损耗，并提高耦合效率。
4.GRIN透镜耦合：GRIN（Graded-Index）透镜是一种折射率渐变的透镜，其折射率从中心向外缓慢减小。
将适当长度的GRIN透镜嵌入光纤末端，并将其与半导体激光器的激光输出区域对准，可以有效地将激光通过透镜耦合到光纤中。
GRIN透镜耦合可以提高耦合效率和模式匹配。
5.V-形槽耦合：V-形槽耦合是一种使用槽形结构来改善光纤和激光器之间耦合的方法。
在光纤末端和激光器之间创建V形槽，然后将光纤放置在槽中，可以实现更高的耦合效率。
这种方法可通过优化V形槽的形状、深度和角度，来减少反射和提高光耦合效率。
以上是光纤和半导体激光器耦合的几种基本实现方法。
在实际应用中，根据具体需求和要求，可以选用合适的耦合方法。
此外，还可以通过优化耦合尺寸、使用适当的光纤补偿器、调整光纤和激光器之间的距离等方法，进一步改善光纤和半导体激光器的耦合效果。
高亮度半导体激光器光纤耦合系统设计
高亮度半导体激光器光纤耦合系统设计摘要：本文介绍一种利用空间合束技术和光纤耦合技术将9只波长为915nm 单管芯半导体激光器高效率耦合进光纤中，制备出具有高功率、高亮度输出光纤耦合模块。
在使用光学软件进行模拟仿真后并通过实验验证，实验结果表明光纤耦合模块可以通过芯径105μm、数值孔径（NA）为0.22 的光纤输出大于110w 的功率，并且亮度达到 8.64MW/(cm2·sr).关键词:激光耦合; 激光准直; 激光合束; 半导体激光器1引言工业应用和光纤激光泵浦已经证明了对光纤耦合半导体激光器的需求增加，特别是新的固态器件-光纤激光系统，需要越来越高的功率、更高的亮度和单波长泵浦源。
光纤耦合激光半导体模块具有几乎对称的能量分布和高度的指向稳定性，是新型固态激光器件的最佳泵浦源之一。
由于近年来半导体单芯片发射极的输出功率从1W大大提高到15W，光纤耦合半导体模块的输出功率从30W提高到800nm到 980nm波长区域的200W左右。
例如，2014年，NLIGHT（美国）提出了一个新的元件封装，可以容纳多达18个发射体与偏振光束组合。
此封装包提供直径为105μm的130W光纤和直径为200μm的225W光纤，可以提高输出功率和亮度。
在2016年，DILAS（德国）报道了一个915nm单波长、传导冷却、光纤耦合的多棒模块，模块的输出功率为120W，核心直径为120μm到400μm［1-3］．在目前的工作中，我们选择半导体单管件来设计和实现商业上可用的高功率和高亮度仅基于9个单光束的光纤耦合模块。
使用空间光束结合以及光纤耦合技术，将105μm NA为0.22光纤耦合器半导体激光模块，封装在915nm封装中，并通过软件仿真和实验验证。
该模块在没有偏振光束组合技术的情况下，只能使用空间组合技术输出110W，因此模块的体积和工作电压较小。
2光学设计和光束准直2.1光学设计为了实现高功率和更高的亮度，空间光束组合是一种有效的方法，通常用于多发射模块，在不降低光束质量的情况下，从一根光纤中实现高功率光纤输出。
激光耦合器的工作原理
激光耦合器的工作原理
激光耦合器通常由两个或多个波导光栅组成，每个波导光栅都
与一个激光器相连。
当激光器发出光束时，光被耦合到波导光栅中，并在其中传播。
波导光栅之间的距离和光栅的参数被精确设计，以
实现光的干涉和耦合效果。
在激光耦合器中，激光器发出的光通过波导光栅耦合到光纤中。
波导光栅的设计使得光在不同波导之间发生干涉，从而实现了光的
耦合。
通过调节波导光栅的参数，可以实现不同激光器的光束在光
纤中的有效耦合，从而实现多个激光器的集成和耦合。
激光耦合器的工作原理基于精密的光学设计和控制，以实现高
效的光耦合效果。
它在光通信系统中起着至关重要的作用，可以实
现多个激光器的集成和耦合，从而提高光通信系统的性能和可靠性。
总之，激光耦合器的工作原理基于光的波导耦合和干涉效应，
通过精密的光学设计和控制，实现了多个激光器的光束在光纤中的
有效耦合，为光通信系统的高效运行提供了重要支持。
vcsel激光器与光纤的耦合
vcsel激光器与光纤的耦合
VCSel激光器（垂直腔面发射激光器）与光纤的耦合是光通信
和光传感应用中的重要技术。
VCSel激光器是一种垂直腔面发射激
光器，通常用于短距离高速数据传输和传感应用。
光纤是一种用于
传输光信号的柔性透明纤维。
VCSel激光器与光纤的耦合涉及将激
光器产生的光信号有效地耦合到光纤中，以便进行信号传输或传感。
首先，VCSel激光器与光纤的耦合可以通过透镜和光纤对准的
方式进行。
透镜可以用来聚焦激光器的光束，使其与光纤的输入端
对准，从而实现光的耦合。
此外，也可以使用光纤对准仪器来确保
激光器和光纤的对准精度，以提高耦合效率。
其次，耦合效率受到VCSel激光器和光纤之间的匹配程度的影响。
例如，激光器的发散角和光纤的模式匹配对耦合效率有重要影响。
为了提高耦合效率，可以采用适当设计的光耦合器件，如微透
镜阵列或光栅耦合器，以实现更好的模式匹配。
此外，耦合过程中的对齐精度和稳定性也是影响耦合效率的重
要因素。
对于高速数据传输应用，对齐精度要求高，需要采用精密
的自动对准系统来确保激光器和光纤的稳定对准。
最后，值得注意的是耦合过程中的光损耗问题。
由于光纤的损耗和反射等原因，耦合过程中会产生一定的光损耗，因此在实际应用中需要对耦合系统进行精确的优化，以最大限度地减小光损耗，提高耦合效率。
总的来说，VCSel激光器与光纤的耦合涉及到透镜对准、模式匹配、对齐精度和稳定性等多个方面的技术挑战，需要综合考虑这些因素并进行系统优化，以实现高效的光耦合。
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告1．前言近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。
相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。
由于单管半导体激光器（LD）的输出功率受限于数瓦量级，远不能满足高功率光纤激光器泵浦源的要求，要获得更大输出功率须采用具有多个发光单元的激光二极管阵列（LD Array）。
按照结构形式的不同，激光二极管阵列分为线阵列（LD Bar）和面阵列（LD Stack），分别如图1(a)和(b)所示，其中LD Bar的输出功率一般在数十瓦至百瓦量级，而LD Stack的输出功率一般在数百瓦乃至上千瓦。
无论是单管LD还是LD Array，由其固有结构特点决定了半导体激光器具有光束发散角较大，输出光束光斑不对称，亮度不高等问题，给作为高功率光纤激光器泵浦源的实际应用带来很大困难和不便。
一个较好的解决方法是将半导体激光耦合进光纤输出，这样既可以利用光纤的柔性传输，增加使用的灵活性，又可以从根本上改善半导体激光器的输出光束质量。
Fig.1 （a）LD Bar 和（b）LD Stack大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术作为一项高新技术，具有很高的技术含量，涉及半导体材料、纤维光学技术、微光学技术、微精细加工技术和耦合封装技术等关键单元技术。
目前为止，大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术主要采用两条技术路线：光纤束耦合法和微光学系统耦合法。
下面将主要以LD Bar 光纤耦合技术为例，就该两种方法进行详细阐述。
2．大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术2．1光纤束耦合法光纤束耦合法（又称光纤阵列耦合法）是早期使用的一种光纤耦合技术，具有结构简单明了、耦合效率高、各发光元的间隙不影响整体光束质量和成本低等优点。
激光二极管光纤耦合技术
包层 上加工 出Ｖ 结构 ，使激光 二极 管发射 的泵浦光从侧 型
面垂 直 入 射 后 ， 经Ｖ型槽 侧 面 反射 进 入 内包 层 中传 播 。
＼ ／＼ ＼
图２ Ｖ 型槽侧面耦合 系统结构示意 图
图４ 反射镜２ 上理想情况下的光束排列 图
５１ ２ １ ．。 东 通 信 技 术 ０ ６广 ０
公司利用该技 术结 合双 包层 有源 光纤，实现了最大达２ Ｗ ０
的 光 纤 激 光 输 出 。 其 原 理 如 图 ２ 示 ： 在 双 包 层 光 纤 的 内 所
ｌ ｍｉｒ ｒ ｒ ｏ ￣
ｃ ｎｉ ｔ ｒ￣ ｏ ｍ ａｏ
Ｌ Ｄ ｌｉ ｃ ｔ ｐｓ
图３多Ｌ 单管单根光纤的耦合结构示意图 Ｄ
成 ， 则其 光 束 质 量 为 ： Ｍ ￣ｏ ｌ× （／）ｍ】 【 。２ 门８ 。 】 ｒ Ｏ ＇ 【 ２ｃ ×Ｏｏ ／ ） ０ Ｘ ｃ ｔ １
：
样 ， 都 是 要 排 成 一 个 “ 结 构 ” ） 。 如 果 想 得 到 小 的 密
输 出截 面 ， 单 根 光 纤 的 芯 径 就 必 须 很 细 。 因此 ， Ｂ ａ 的 ｒ 数十个 Ｌ Ｄ发 光 元 在 慢 轴 方 向 上 常 常 也 必 须 单 个 地 聚 焦 进
圈 圈 困
是增大光纤对激光的接收角 。就 目前 的文献 资料 来看，柱
状 楔 形 微 透 镜 光 纤 耦 合 法 的 耦 合 效 率 最 高 ， 该 方 法经 仔 细
紧 密结构 的类 圆形光 束。之后 再 由一组透镜 （ ｏ ｕ ｉｇ Ｆ ｃ ｓｎ
ｌｎ ）将 这 组 光 束聚 焦 耦 合 到 一 根 光 纤 中去 。 ｅｓ
的光 纤 激 光 器 功 率 也 较 小 。 可 能 正 是 基 于 以 上 因 素 ， 这 种 耦 合 方 法 国 内 采 用 的 并不 多。
光子学技术中的光纤耦合技巧
光子学技术中的光纤耦合技巧光纤耦合是光子学技术中十分重要的一项技巧，它将光信号从一个光纤传输到另一个光纤，有效地实现了光信号的传输和交换。
在光纤耦合技巧中，我们需要考虑到光纤的精确定位、对齐以及光信号的最大传输效率。
本文将重点讨论在光子学技术中的光纤耦合技巧及其应用。
首先，对于光纤的耦合，位置和对齐是非常重要的因素。
光纤的精确定位和对齐可以减少光信号的损耗，并提高传输效率。
在进行光纤耦合之前，我们需要确定光纤的端面是否平整和光纤的孔径是否合适。
同时，使用微调装置可以对光纤进行微小调整，确保光纤的对齐和最佳耦合效果。
其次，光纤耦合技巧不仅仅适用于单一光纤间的耦合，还可以应用于光纤与其他光子学器件的耦合。
例如，在光纤与激光器的耦合中，我们需要选择适当的波长来匹配激光器的工作波长，并通过调节光纤的位置和角度来最大化光信号的耦合。
类似地，在光纤与光纤光栅的耦合中，我们需要使用不同的技巧，如精确调节光纤的位置、角度和距离，以获得最佳的耦合效果。
此外，光纤延伸器是光子学技术中另一个关键的光纤耦合技巧。
光纤延伸器通过改变光纤的直径和折射率分布来实现模场直径的变化。
它可以将多个不同直径的光纤进行耦合，从而实现不同芯径的光纤之间的信号转接。
光纤延伸器的设计需要考虑到波长范围、损耗和光束收束等因素，以及合适的材料选择。
光纤耦合技巧在光通信、光子学传感和生物医学等领域中都有重要应用。
在光通信领域中，光纤耦合技巧用于实现高速、稳定的光纤通信系统，提高数据传输的可靠性和效率。
在光子学传感领域中，光纤耦合技巧可以将光信号引入传感器中，实现高灵敏度和准确度的测量。
而在生物医学领域中，光纤耦合技巧可以用于光纤光谱仪、光纤激光刀和光纤显微镜等设备，为医学研究和诊断提供有力支持。
综上所述，光纤耦合技巧在光子学技术中起着重要作用。
通过精确定位、对齐以及光纤延伸器等技术，可以实现光信号的高效传输和交换。
此外，光纤耦合技巧在光通信、光子学传感和生物医学等领域都有广泛的应用。
激光自动耦合
激光自动耦合一、引言随着科技的飞速发展，激光技术在诸多领域中的应用越来越广泛。
其中，激光自动耦合技术作为一种重要的激光应用技术，具有高精度、高效率和高稳定性等特点，为现代工业生产和科学研究带来了革命性的变革。
本文将详细介绍激光自动耦合技术的原理、发展历程、应用领域以及未来趋势。
二、激光自动耦合技术的原理激光自动耦合技术是指通过一定的光学系统和控制算法，实现激光光束与目标之间的自动对准和能量传输。
其基本原理包括以下几点：1. 激光发射：激光器发出稳定的激光光束，作为耦合的光源。
2. 光束整形：通过光学元件（如透镜、棱镜等）对激光光束进行整形，使其满足特定应用的需求。
3. 自动对准：利用光电传感器、图像处理等技术，实时监测激光光束与目标之间的位置偏差，并通过反馈控制系统调整光束方向，实现自动对准。
4. 能量传输：在激光光束与目标对准后，激光能量可以有效地传输到目标上，实现加热、切割、焊接等目的。
三、激光自动耦合技术的发展历程激光自动耦合技术的发展经历了以下几个阶段：1. 手动耦合阶段：早期的激光应用需要人工调整光束方向，以实现与目标的对准。
这种方法效率低下，且精度受限于人为因素。
2. 半自动耦合阶段：随着光电传感器和伺服控制技术的发展，激光光束的自动对准成为可能。
然而，此阶段仍需要人工干预，以完成初始对准和参数设置等操作。
3. 全自动耦合阶段：近年来，随着计算机视觉、机器学习和人工智能等技术的迅猛发展，激光自动耦合技术实现了全自动化。
系统可以自主完成光束整形、目标识别、自动对准和能量传输等任务，大大提高了生产效率和加工精度。
四、激光自动耦合技术的应用领域激光自动耦合技术广泛应用于工业生产、医疗保健、军事国防和科学研究等领域。
以下是一些典型的应用案例：1. 工业生产：在汽车制造、电子装配、精密机械等领域，激光自动耦合技术可用于实现高精度的焊接、切割和打孔等操作。
这不仅可以提高产品质量，还可以降低生产成本和减少环境污染。
大功率半导体激光器空间耦合技术
电子测置大功率半导体激光器空间耦合技术作者/刘小文、任浩、王伟，中国电子科技集团公司第十三研究所摘要：本文应用空间及偏振耦合技术，优化光束空间分布，研制成功大功率半导体激光器光纤耦合模块，实现输出功率234.6W ，耦合效 率为60%，光纤芯径400|jm ，NA 为0.22。
关键词：光纤耦合；半导体激光器；空间耦合引言大功率半导体激光器光纤耦合模块，具有光电转换效率 高、寿命长、体积小、功率密度高等优点[1]。
随着耦合效率 及出纤功率不断提高，使其在医疗、材料加工、医药、航空 航天、光纤激光器泵浦等方面有了更加广阔的应用前景。
然而， 半导体激光器由于其结构特点，存在光束发散角较大，耦合 效率偏低的问题，给实际应用带来很大困难[2]。
通过光束整 形和空间合束是提高半导体光纤耦合模块输出功率的有效途 径，国内外已有很多公司进行了相关研究。
目前德国Dilas 公司有相关产品面世，40〇nm 光纤可实现200W 功率输出。
本文根据理论设计，通过采用微光学透镜系统对光束进 行准直整形、变换和合束，研制成功大功率半导体激光器光 纤耦合模块，有效实现了大功率、高密度输出。
1•理论分析对于大功率半导体激光器光纤耦合模块，为得到最佳的 耦合效率，不仅要考虑特征参量匹配的问题，即多模光纤芯 径、数值孔径N A 与激光器的发光面积、发散角、输出功率 等参量的匹配问题，还要考虑光纤端面、光学整形透镜、耦 合透镜等封装工艺实现问题[3]。
通常大功率激光二极管线列阵有19或25个发光单元， 发光周期一般为150/500n m 或200 /400|im ，如图1所示。
由于半导体激光器特殊的波导谐振腔结构，线列阵各发光单 元的辐射远场光强的分布极不对称，光斑呈狭长的椭圆形， 如图2所示。
光束在垂直于P N 结平面方向（快轴方向）的 发散角FWHM 01通常为30°〜40°，远远大于其在平行于 P N 结平面方向（慢轴方向）的发散角FWHM 0 〃，0 〃通常为6。
高亮度蓝光半导体激光器光纤耦合技术
DOI: 10.12086/oee.2021.200372高亮度蓝光半导体激光器光纤耦合技术段程芮1,2，赵鹏飞2，王旭葆1*，林学春2*1北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124； 2中国科学院半导体研究所全固态光源实验室，北京 100083摘要：随着蓝光半导体激光器的发展和应用范围的拓宽，利用合束技术来获得高亮度的蓝光光源已经成为研究的热点。
为了获取高亮度的蓝光输出，本文应用光学设计软件进行模拟仿真，将48只波长为450 nm 、输出功率为3.5 W 的单管半导体激光器通过快慢轴准直和空间合束，聚焦耦合进105 μm/0.22NA 的光纤中，可获得功率为144.7 W 、亮度为11 MW/(cm 2⋅str)的蓝光输出，耦合效率为93.78%，整体系统的光-光转换效率为86.13%。
关键词：蓝光；高亮度；光纤耦合；合束技术中图分类号：TN248.4 文献标志码：A段程芮，赵鹏飞，王旭葆，等. 高亮度蓝光半导体激光器光纤耦合技术[J]. 光电工程，2021，48(5): 200372Duan C R, Zhao P F, Wang X B, et al. Fiber coupling technology of high brightness blue laser diode[J]. Opto-Electron Eng , 2021, 48(5): 200372Fiber coupling technology of high brightness blue laser diodeDuan Chengrui 1,2, Zhao Pengfei 2, Wang Xubao 1*, Lin Xuechun 2*1Institute of Laser Engineering, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;2Laboratory of All-Solid-State Light Sources, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, ChinaAbstract: With the development and application of blue semiconductor lasers, it has become a research hotspot to obtain high brightness blue light source by beam combining technology. In order to obtain high brightness blue light output, 48 single tube semiconductor lasers with wavelength of 450 nm and output power of 3.5 W are focused and coupled into 105 μm/0.22 NA fiber by fast slow axis collimation and spatial beam combination. The blue light withpower of 144.7 W and brightness of 11 MW/(cm 2⋅str) is obtained. The coupling efficiency is 93.78%, and the optical to optical conversion efficiency of the whole system is 86.13%.Keywords: blue light; high brightness; fiber coupling; beam combining technologyDetectorMirrorSAC FACDetector DetectorMirrorSAC FACPBSCoupling lens Fiber——————————————————收稿日期：2020-10-16； 收到修改稿日期：2021-03-18 基金项目：国家重点研发基金资助项目(2017YFB0405001)作者简介：段程芮(1996-)，女，硕士研究生，主要从事高功率固体激光技术与系统方面的研究。
半导体耦合激光器的性能分析及应用研究
半导体耦合激光器的性能分析及应用研究随着现代电子技术的发展，半导体激光器作为一种重要的光源成为了现代光通信技术的核心之一。
半导体耦合激光器（Semiconductor Laser Diode Coupled）采用了半导体与其他材料或器件之间混合的结构，因此具有半导体激光器结构的基础上，还可以使用其它材料和结构进行耦合，从而大大扩展了其应用范围。
本篇文章将重点围绕半导体耦合激光器的性能分析及其应用研究展开，旨在给读者提供一个全面了解半导体耦合激光器的机会。
一、半导体耦合激光器的性能分析1.1 工作原理半导体耦合激光器是一种复合激光器，其结构是将半导体谐振腔与光纤或者波导进行耦合。
在此结构中，激光器输出光从单模光纤或波导中发射出来，具有高品质因子、较低阈值电流和高转换效率等优点。
同时，由于半导体耦合激光器采用了腔耦合结构，在设计中可以灵活控制其性能。
1.2 性能参数半导体耦合激光器的性能参数主要包括发射功率、工作电流、谐振腔和光学带宽等。
其中，发射功率与工作电流直接相关，当工作电流增加时，其发射功率也会相应增加。
谐振腔可以影响激光器的频谱特性，而光学带宽则会决定其最大传输速率。
1.3 器件温度和外界环境的影响半导体耦合激光器采用的是半导体材料，因此其性能受到温度的影响比较大。
器件在高温环境下工作可能会导致器件性能的衰减，同时，温度的变化还会引起波长漂移和发射功率的变化等问题。
二、半导体耦合激光器的应用研究2.1 光通信领域中的应用半导体耦合激光器作为一种具有较高品质因子的激光器，被广泛应用于光通信领域中。
在光纤通信中，半导体耦合激光器可用于主板间和机架间的传输；在无线通信领域，该器件可以用于光调制器和光探测器间的光连接。
2.2 显示技术中的应用半导体耦合激光器的高发射功率和低阈值电流等特性，使得其在显示领域的应用受到了广泛关注。
其中，半导体耦合激光器可以用于投影显示领域，提高显示器的分辨率和显示色彩的数目。
激光与光纤耦合技术
（2.6）
自聚焦透镜的焦距 f 为 :
8
f =
1 n0 g sin( gL)
（2.7）
L 为透镜长度， g 为聚焦常数。 当自聚焦光纤长度 L 为四分之一正弦波周期的奇数倍时(正弦波周期 f=1/n0 g，透镜的 聚焦能力最强;当 L 为四分之一正弦波周期的偶数倍时, 自聚焦光纤焦距为无穷大，没有聚 焦作用。 3、组合透镜耦合 最初的组合透镜耦合系统都是由多片常规透镜组合而成，由于进行了消球差和光束整 形设计，可以获得较低的耦合损耗。但其受到光学加工水平的限制，外形尺寸较大，无法 满足微型化的要求。当前的组合透镜一般由微球透镜和自聚焦透镜组合而成。为了进一步 降低耦合损耗，可将自聚焦透镜直接连在光纤端面，构成虚光纤结构。这种结构可以大大 提高 1dB 失调容差，并获得较低的耦合损耗。未加增透膜的情况下，耦合损耗达到 3dB， 加增透膜情况下，达到 2dB。几种典型系统结构如图 2.9 所示。
图 1. 1 光纤耦合的耦合条件
激光束的光束参数乘积（BBP）定义为：
BBP = Dlaser θlaser 4
(1.3)
根据赫姆霍兹不变量，在没有像差和光阑的情况下，对于一束激光来说光束参数乘积 是一个固定值，即光束参数乘积不会因为光学系统的改变而改变。从公式(1.1)、(1.2)、(1.3) 可以推出:
(2.2)
圆锥形微透镜光纤的数值孔径和平端光纤数值孔径之间满足下列关系 : sin θ c' sin γ 1 sin γ 1 sin γ 2 sin γ 3 sin γ n −1 = = ...... sin θ c sin γ n sin γ 2 sin γ 3 sin γ 4 sin γ n
图 2.3 球透镜端面耦合中光纤参数与等效接收角关系
基于ZEMAX的多光束半导体激光器光纤耦合设计
基于ZEMAX的多光束半导体激光器光纤耦合设计刘畅;别光【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(038)005【摘要】基于ZEMAX模拟了一组多光束半导体激光器的光纤耦合模块,采用14支波长为808 nm的输出功率为60 W的线列阵激光二极管作为耦合光源,采用偏振技术实现多光路的合束,最终耦合进入芯径400μm , NA为0.22的光纤中,最终输出功率超800 W ,耦合效率达97%,实现了高效耦合,并对光纤对接过程中的耦合效率进行了分析.%The paper simulate the actual situation of fiber coupling of multiple beam semiconductor based on ZEMAX, using fourteen pieces of mini-bar that its output power is 60W are arranged in two stack arrays as laser source by po-larization multiplexing. The beam could be coupled into the fiber of 400μm core diameter with 0.22 numerical aperture. The output power is more than 800W and the coupling efficiency is about 97%. It is analysed that the system coupling efficiency can be affected by alignment error of fiber and optical elements.【总页数】4页(P22-25)【作者】刘畅;别光【作者单位】长春中国光学科学技术馆,长春 130117;长春中国光学科学技术馆,长春 130117【正文语种】中文【中图分类】TN248【相关文献】1.基于ZEMAX高功率半导体激光器光纤耦合设计 [J], 周泽鹏;薄报学;高欣;王文;许留洋;王云华;周路2.基于ZEMAX的激光与多模光纤耦合系统设计 [J], 石科仁;朱长青3.基于 ZEMAX的半导体激光器匀光设计 [J], 黄珊;邓磊敏;杨焕;段军4.基于光束填充的多单管半导体激光器光纤耦合 [J], 杨逸飞;秦文斌;刘友强;赵帆;李景;赵明;兰天;王智勇5.基于Zemax半导体激光器与单模光纤耦合系统设计 [J], 王海林;张登印因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用技术
维普资讯
第３ ６卷 第 ７期
２０ ０６年 ７月
激 光 与 红 外
ＬＡ ＥＲ ＆ Ｉ ＲＡ Ｓ ＮＦ ＲＥＤ
Ｖ０． ６． ｏ ７ １３ Ｎ ．
Ｊｌ ２Ｏ ｕｙ，Ｏ ６
文 章 编 号 ：０ １５ ７ （Ｏ６）７０ ５ －３ １０ －０ ８ ２Ｏ ０ －５５０
Ｗ ＡＮ Ｆ ｎ，Ｗ ＡＮＧ Ｃ ｕ － ｉ ，Ｗ ＡＮ Ｔ ａ － ｕ，ＭＡＯ Ｈａ － ｏ，Ｌ ａ ｇ ｚ ｅ ｇ Ｇ ａ ｈ ｎ ｘａ Ｇ ｉ ｈ ｎ ｌｔ ａ ＩＦ ｎ －ｈ ｎ
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光纤耦合激光器使用说明书
光纤耦合激光器使用说明书一、产品概述光纤耦合激光器是一种高效、可靠的光电器件，广泛应用于通信、医疗、测量等领域。
本使用说明书将为您详细介绍光纤耦合激光器的特点、使用方法以及注意事项。
二、产品特点1. 高能量输出：光纤耦合激光器具备高能量输出能力，可满足各种应用需求。
2. 窄线宽：该激光器的激光线宽较窄，光束质量好，可实现高分辨率的光学成像。
3. 光纤耦合设计：采用光纤耦合设计，使激光器的输出更加稳定可靠，并可方便地集成到现有系统中。
4. 可调输出功率：用户可通过控制面板或远程控制方式，实现对激光器输出功率的调整。
三、使用方法1. 连接光纤：首先，将光纤的连接头与光纤耦合激光器的接口进行连接。
确保连接牢固，以避免纤芯错位或松动造成线路不稳定。
2. 接通电源：接通交流电源并确保稳定。
待激光器系统自检完成后，即可进行操作。
3. 调节功率：使用控制面板上的功率调节按钮或遥控器，调节激光器的输出功率至所需水平。
注意避免超载操作。
4. 发射激光：确认光纤连接和功率调节正确后，可按下激光发射按钮，使激光器开始工作。
5. 关闭激光：使用完毕后，按下关闭激光按钮，确保激光器处于停止工作状态。
6. 关闭电源：关闭交流电源，并断开光纤连接。
四、注意事项1. 请避免过度使用或连续使用时间过长，以免过热损坏激光器。
2. 当激光器长时间不使用时，请断开电源，以延长激光器的使用寿命。
3. 使用过程中，避免触摸激光器玻璃部分，防止污染或刮伤。
4. 在激光器运行时，不要将眼睛直视激光光束，以免损伤视力。
5. 当发现异常情况时，如激光器过热、光束异常等，请立即停止使用，并联系售后服务。
6. 请将激光器放置在稳定的工作台面上，避免因震动而影响激光的输出质量。
五、维护与保养1. 定期清洁：使用柔软干净的布擦拭激光器表面，确保无尘、无污物，以保证激光器工作质量。
2. 避免湿度过高：保持激光器的工作环境相对干燥，避免湿度过高，以减少设备故障的发生。
光器件关键工艺技术与实战讲解考试题
光器件关键工艺技术与实战讲解考试题一、判断题（5*6题=30分）1. 激光器发出的光信号进入光纤的途径主要有两种方式:直接耦合、透镜耦合，其中透镜耦合又分为单透镜耦合和多透镜耦合。
[判断题] *对(正确答案)错2. 光通信行业中，一定规模化企业一般采用自制开发耦合设备，行业内外购标准耦合设备较少，因每家企业产品设计差异化大一般都是依据产品定制化开发。
[判断题] *对(正确答案)错3. 激光器耦合特点:耦合困难，对工艺要求很低。
[判断题] *对错(正确答案)4. 光器件贴片一般指将待贴器件（芯片、IC、光学元件、结构件等）利用自动化设备配合粘接介质（银胶、金锡焊料、UV胶、硅胶等）准确的贴至指定的材料（陶瓷基板、TO head、BOX壳体、 COB基板、玻璃基板等）上。
[判断题] *对(正确答案)错5. 光耦合就是实现光路对准，光路对准技术按照需要光源在线的主动耦合（active alignment）和不需要光源在线的被动耦合（Passive alignment）。
[判断题] *对(正确答案)错6. 中国在2015年启动宽带中国战略，目前东部沿海地区正在快速铺设网络。
[判断题] *对(正确答案)错二、多选题（7*10题=70分）1. 有源光器件速率分类有哪些（） *A、10G(正确答案)B、25G(正确答案)C、50G(正确答案)D、100G(正确答案)2. 光器件关键工艺一般包含哪些工艺（） *A、贴片(正确答案)B、焊线(正确答案)C、耦合(正确答案)D、封焊(正确答案)3．耦合关键控制点有哪些（） *A、工艺控制(正确答案)B、光纤(正确答案)C、耦合算法(正确答案)D、设备(正确答案)4. 光模块传输距离分类有哪些（） *A、1-100m(正确答案)B、100-2KM(正确答案)C、2-10KM(正确答案)D、10-40KM(正确答案)E、40-80KM(正确答案)5. 100G QSFP28 SR4有哪些特点（） *A、总数率为100Gbps速率(正确答案)B、QSFP封装方式(正确答案)C、电口速率支持25G(正确答案)D、Short Reach链接(正确答案)E、四通道传输（四发四收）(正确答案)6. 有源光模块产品系列有哪些（） *A、100G QSFP28 LR4(正确答案)B、400G QSFPDD AOC(正确答案)C、400G QSFPDD SR8(正确答案)D、 400G QSFPDDDR2/FR27. 有源光器件功能分类有哪些（） *A、TOSA(正确答案)B、ROSA(正确答案)C、BOSA(正确答案)D、C lens8. 光通信行业中，一般有如下几种焊线工艺（） *A、金线球焊(正确答案)B、金线锲焊(正确答案)C、金带焊接(正确答案)D、自动焊接9. 光通讯主要应用（） *A、国家级超算中心(正确答案)B、电信及第三方IDC(正确答案)C、区域性公共服务中心(正确答案)D、企业自建自用数据中心(正确答案)10. 贴片工艺要求有哪些（） *A、精度要求(正确答案)B、外观(正确答案)C、附着力(正确答案)D、散热(正确答案)。
soa 和激光器芯片的耦合
soa 和激光器芯片的耦合SOA和激光器芯片的耦合是一种重要的光电子器件集成技术，可以实现高速光通信系统的高效传输和信号处理。
SOA （Semiconductor Optical Amplifier）是一种半导体光放大器，激光器芯片是一种用于产生激光光源的器件。
通过将SOA和激光器芯片耦合在一起，可以实现光放大和激光发射的功能，从而提高光通信系统的性能。
SOA是一种基于半导体材料的光放大器，通过提供外部电流来激发材料中的电子和空穴的复合过程，从而实现光信号的放大。
SOA具有高增益、高饱和功率、宽带宽等特点，是光通信系统中常用的光放大器。
然而，由于SOA的非线性效应和自发发射噪声等问题，其性能仍然有待改进。
激光器芯片是一种将电能转化为光能的器件，可以产生高纯度、窄线宽的激光光源。
激光器芯片的核心是半导体材料，通过注入载流子使其发生受激辐射，从而实现光子的放大和共振。
激光器芯片具有高单模输出功率、低阈值电流、短脉冲响应时间等特点，是光通信系统中重要的光源器件。
SOA和激光器芯片的耦合是将两种器件的功能结合起来，以实现更高性能的光通信系统。
一种常见的耦合方式是将SOA作为激光器芯片的前置放大器，通过SOA放大激光器芯片产生的光信号，从而提高输出功率和信号质量。
另一种方式是将SOA和激光器芯片集成在同一芯片上，以实现更紧凑和高效的光源器件。
SOA和激光器芯片的耦合技术有助于提高光通信系统的性能。
首先，通过SOA的放大作用，可以提高激光器芯片的输出功率，从而扩大光通信系统的传输距离。
其次，通过SOA的调制特性，可以实现对激光器芯片输出光信号的调制，从而实现光通信系统的信号处理功能。
此外，SOA和激光器芯片的耦合还可以实现光信号的波长转换，从而扩展光通信系统的波长覆盖范围。
尽管SOA和激光器芯片的耦合技术具有很多优势，但也面临一些挑战。
首先，SOA和激光器芯片的耦合过程需要精密的光学对准，对制造工艺和设备要求较高。
大功率半导体激光器光纤耦合技术研究
（ ｈ ｓ ｓＤ ｐｒ ｎ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｃ ｏｌ Ｔｂ ｔ ｎｖｒｔ，Ｌ ａａ８０ ０ Ｃ ｉａ Ｐ ｙｉ ｅａｔ ｔ ｆ ｃ ｎｅＳ ｈｏ， ｉｅ Ｕ ｉ ｓｙ ｈｓ ５ ００， ｈｎ ） ｃ ｍｅ ｅ ｅｉ
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．
采取了各种光束整形 和光纤耦合技术 实 现大功率 Ｄ 的柔性传输 ， Ｌ 直接应用于材料加工和固体激光器
泵浦 源 （ 括光 纤激 光 器 ） 。 包 Ｊ
（） １
其中， 为快轴方向发光区宽度 ； 为快轴方向光 ∞
束发 散角 。
基金项 目： 西藏大学校科研基金资助项 目。 作者简介 ： 宁长春 （ ９８一） 男 ， 师 ， 主要 从事半 导体激 光 １７ ， 讲 现 器件的研究 。Ｅｍａｌｎｎｃ ａｇｈ ｎ ａ ｏ．ｏ ｃ ・ ｉ：ｉｇｈｎｃ ｕ ＠ｙｈ ｏ ｃｍ．ｎ 收稿 日期 ：０ ７０ －３ ２ ０ －４２
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DSDBR结构
SOA: Semiconductor Optical Amplifier
Alignment
光纤的分类
多模光纤(Multi Mode fiber)
优点: 纤芯直径大(62.5μm)，易于光信号的耦合。 缺点：模间色散大，不利于远距离传输。 Oclaro的应用： HPL
数值孔径是多模光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的 大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。CCITT 建议多模光纤的 数值孔径取值范围为0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°。
HPL Lens Alignment -Collimating
FAC SAC
Thanks
DSDBR Lens Alignment -Collimating
Aspherical Lens
Single Mode Fiber Alignment -Focusing
When we need to couple laser into a single-mode fiber, we move from the ray optics picture in which we have worked to this point to a Gaussian modematching problem.
Fiber Modes
Laser Modes
The coupling efficiency depends upon the overlap integral of the Gaussian mode of the input laser beam and the nearly Gaussian fundamental mode of the fiber.
第二传输窗口
瑞利散射 紫外吸收
850 1300
第三传输窗口
红外吸收
0.2
1550
波 长 (nm)
激光
激光的特点：单色性好,方向性好；相 干性好；亮度高 基本沿某一条直线传播,通常发散角限 制在10-6球面度量级的立体角内.
激光器的工作原理
受激辐射
E2
h
发光前
发光后
E1
h E2 E1
f1
f2
Multimode Fiber Alignment -Focusing
y1
ө
y2
The radius of the fiber core will be y2.We will have to make sure that the lens focuses to a spot size less than this parameter. An even more important restriction is that the angle from the lens to the fiber ө must be less than the NA of the fiber.
Laser Diode Training
Kamans Zhou Jessica Hu
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation --Laser
Light: 光 Amplification: 放大、增强
Stimulate： 刺激、激发
Emission：发射、放射 Radiation：辐射
半导体激光器-Laser Diode
通信用半导体激光器（Transmitter）
DSDBR/TCMZ/DML
工业用大功率半导体激光器
High power laser Pump
光 纤 损 耗 谱 特 性
2.5
第一传输窗口
损 耗 (dB/km)
h h
当外来光子的频率满足 h E2 E1时，使原子中处于高 能级的电子在外来光子的激发下向低能级跃迁而发光。
激光谐振腔
Байду номын сангаас
谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率 和方向的光加以抑制。 光学谐振腔的作用有：①提供反馈能量，②选择光波的方向和频率。 谐振腔内可能存在的频率和方向称为本征模，按频率区分的称纵模，按方向区 分的称横模。两反射镜的曲率半径和间距（腔长）决定了谐振腔对本征模的限 制情况。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特性。
单模光纤(Single Mode Fiber)
只有一个模式信号传播 无模间色散， 适用于远距离通信传输。 Oclaro 应用：DSDBR Fiber, 980Fiber, Rx Fiber etc.
NA- Numerical Aperture
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度 范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。