1.5μm波段乙炔气体稳频光纤光栅外腔半导体激光器

应用zemax光学设计软件模拟了一种多芯片半导体激光器光纤耦合模块,将12支808nm单芯片半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.22、纤芯直径105μm的光纤中,每支半导体激光器功率10w,光纤输出端面功率达到116.84w,光纤耦合效率达到97.36%,亮度达到8.88mw/(cm2·sr)。通过zemax和origin软件分析了光纤对接出现误差以及单芯片半导体激光器安装出现误差时对光纤耦合效率的影响,得出误差对光纤耦合效率影响的严重程度从大到小分别为垂轴误差、轴向误差、角向误差。

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(fbg)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双fbg波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45db以上,半峰值全宽度<1nm。经优化设计的980nm半导体激光器fbg波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。

2010年1月,西安炬光科技有限公司在国内首次推出连续半导体激光器光纤耦合模块fc(fibercoupled)系列产品。这是一款融合了炬光科技多项创

基于光学设计软件zemax纯非序列,设计了一种半导体激光器与单模光纤的高耦合效率系统.设计过程中考虑了激光器发光面的大小,而不是将其看做点光源;在现有的非球面镜透镜单模光纤耦合系统基础上进行了改进,通过百万次光线追迹,测得所设计系统的耦合效率大于54%.用zemax和origin软件分析了单模光纤与耦合系统对接出现误差情况下对耦合效率的影响,分别给出了各种对接误差情况下的耦合效率变化曲线,为耦合系统的工程安装提供理论分析和技术支持.

为了实现半导体激光器与单模光纤快速精确耦合对准,需分析对准平台的扰动特性.首先,基于半导体激光器与单模光纤的对准误差,构建了五维对准平台.然后,针对半导体激光器与单模光纤对准过程中运动误差的随机性问题,运用多体系统理论,建立了对准平台的拓扑结构模型,并分析了其运动过程中的位姿,得到了半导体激光器末端点运动误差模型.最后,利用montecarlo方法,结合该运动误差模型,对运动误差进行了概率分析.结果表明:在不考虑静止误差的情况下,半导体激光器末端点的位置在x、y和z三个方向的运动误差近似为中间高两边低的对称分布.此分析可为对准过程中运动误差补偿提供数据参考.

光纤通信实验报告 1 半导体激光器p-i特性测试实验 实验室名称：光纤通信实验室实验日期：2011年04月26日 学院 信息科学与工 程学院 专业、班级 电子信息工 程0802 姓名黄俊 实验名称半导体激光器p-i特性测试实验 指导 教师 王玮 教师评语 教师签名： 年月日 实验目的： ⒈学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 ⒉了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 ⒊掌握半导体激光器p（平均发送光功率）-i（注入电流）曲线的测试方法 实验内容： ⒈测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出p-i关系曲线。 ⒉根据p-i特性曲线，找出半导体激光器阈值电流。 实验器材： ⒈光纤通信原理实验箱1台 ⒉光功率计1台 ⒊fc/pc-fc/pc单模光跳线1根 ⒋万用表1台 ⒌

根据大功率半导体激光二极管列阵与光纤列阵耦合方式,分别从理论和实验两方面讨论、分析了大功率半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵耦合。将19根芯径均为200μm的光纤的端面分别熔融拉锥成具有相同直径的微球透镜,利用v形槽精密排列,排列周期等于激光二极管列阵各发光单元的周期。将微球透镜光纤列阵直接对准半导体激光二极管列阵的19个发光单元,精密调节两者之间的距离,使耦合输出功率达到最大。半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵直接耦合后,不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且实现30w的高输出功率,最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径为0.16。

建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型,对双异质结激光器光束特性进行了分析。基于huygens-fresnel原理计算了激光光束远场发散角以及光束束腰半径。运用高斯光束与单模光纤耦合理论以及abcd矩阵理论进行了激光器与单模光纤的球透镜耦合效率分析,给出了最优化的耦合封装工艺参数,以及各个影响耦合效率的参数容忍度,对半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合封装具有重要意义。

随着光纤激光器技术的飞速发展,作为光纤激光器泵浦源的高功率,高亮度的大功率半导体激光器光纤耦合模块越来越受到人们的关注。提高光纤耦合效率和光纤耦合模块的可靠性,有效控制大功率半导体激光器光纤耦合模块的温度成为人们关注的重点。

光纤耦合输出的高功率激光二极管模块具有体积小、光束质量好、亮度高等特点,在泵浦光纤激光器、材料处理、医疗仪器等领域都获得了广泛的应用。为了进一步提高光纤耦合激光二极管模块的输出功率,提出了基于多只激光二极管串联的光纤耦合方法。这种方法具有耦合效率高、光学元件加工简单等特点。利用两组反射镜,将多只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦,耦合进光纤输出,根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜。利用特殊加工的aln材料作为过渡热沉解决了激光二极管的导热和相互之间的绝缘问题。采用这种方法将4只输出波长为980nm的高功率激光二极管输出光束耦合进数值孔径0.22、芯径100μm的多模光纤中,当工作电流为4.0a时,光纤连续输出功率为11.6w,耦合效率大于79%。

根据808nm大功率半导体激光列阵(lda)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400μm的光纤,实现了30w的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(na)为0.22。通过分析其输出光斑和输出曲线,表明lda与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用。

为了使半导体激光泵浦nd∶yvo4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用pics3d软件设计了ingaas/gaas应变量子阱结构,制作了发射波长为880nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵cs封装模块室温连续输出功率达60.8w,光谱半高全宽(fwhm)为2.4nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9w,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径φ为400μm,数值孔径(na)为0.22。

随着半导体激光光源在激光加工领域的应用不断扩展,以激光二极管阵列制成的光纤耦合模块由于存在耦合效率低的缺点,已不能满足激光加工低成本的需求,因此研制高耦合效率的半导体激光器光纤耦合模块变得十分重要。本文将8只波长为808nm、输出功率为5w的单管半导体激光器通过合束技术耦合进光纤,制备了一种高效率的半导体激光器光纤耦合模块。光纤芯径为200μm、数值孔径(na)为0.22,光纤输出功率为33.2w,耦合效率超过83%,这种高效率半导体激光器光纤耦合模块,可用于激光打标、塑料加工等领域。

文章从高功率半导体激光器光纤耦合模块的组成和各个部分的机理出发,详细分析了影响其可靠性的因素,主要有以下三个方面:激光器自身的因素、耦合封装工艺和电学因素。通过优化原有工艺与采用新技术,提高了模块的可靠性,拓宽了其应用领域。

利用光纤柱透镜和光束转换装置压缩半导体激光器列阵(lda)的发散角,然后通过聚焦透镜将激光束耦合入芯径为400μm的微球透镜光纤。lda与光纤耦合输出后,实现33w的高出纤功率,最高耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(na)为0.22。

文中提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤代替柱透镜对半导体激光器输出光束进行准直整形;用半球端光纤对光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合,来代替聚焦透镜和光纤耦合的环节。研究表明:采用该方法耦合效率在80.0%左右,同时最大程度解决了使用柱透镜和聚焦透镜的组合透镜耦合系统时存在的调试与封装困难的问题,且工艺稳定,因而有着广泛的应用前景。

采用一种阶梯排列结构的单管激光器合束技术制成了高亮度半导体激光器光纤耦合模块,可用于泵浦掺yb3+大模场双包层光纤激光器。利用微透镜组对各单管半导体激光器进行快慢轴准直,在快轴方向实现光束叠加,然后通过两组消球差设计的柱面透镜组分别对合成光束快慢轴方向进行聚焦,耦合进入光纤。实验中将6只输出功率为6w的976nm单管半导体激光器输出光束耦合进芯径为105μm、数值孔径为0.15的光纤中,当工作电流为6.2a时,光纤输出功率达29.0w,光纤耦合效率达到80.1%,亮度超过4.74mw/cm2-str。

半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应 用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的 输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1．波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能 量近似等于禁带宽度eg(ev)。 hf=eg f(hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s，h=6.628×10-34j·s，lev=1.60×10-19j 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 不同半导体材料有不同的禁带宽度eg，因而有不同的发射波长λ：gaalas-gaas材料 适用于0.85μm波段，ingaasp-inp材料适用于1.3~1.55μm波段。

实验一半导体激光器p-i特性测试实验 一、实验目的 1.学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2.了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3.掌握半导体激光器p（平均发送光功率）-i（注入电流）曲线的测试方法 二、实验仪器 1.zy12ofcom13bg型光纤通信原理实验箱1台 2.光功率计1台 3.fc/pc-fc/pc单模光跳线1根 4.万用表1台 5.连接导线20根 三、实验原理 半导体激光二极管（ld）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高 能级e2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级 e1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率 相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈 值器件。由于受激辐射与

为了实现基于光频调制相位生成载波解调的干涉型光纤传感系统,需要对激光光源的频率进行调制。首先,文章根据直接电流调制原理设计并开发了一种半导体激光器光频调制驱动电源,主要由精密基准电压源、内部信号发生器、加法器、恒流源(电压电流转换、电流放大和电压负反馈)、慢启动电路、纹波抑制电路和过流保护电路等基本单元组成。接着,建立了测试调制特性和验证光频调制的实验系统对半导体激光器光频调制驱动电源进行实验验证。实验结果表明,文章设计并开发的半导体激光器光频调制驱动电源不仅能调制正弦波和三角波等波形,而且驱动电流连续可调,非线性失真系数仅为0.009%。同时还具有结构简单、驱动电流稳定、防浪涌击穿、防过载损坏和防静电击穿等优点。文章的研究工作为基于pgc解调的干涉型光纤传感系统的工程化开发与应用奠定了基础。

采用梯度折射率光纤透镜耦合法实现了半导体激光器到单模光纤的高效率耦合,并在这一系统基础上完善了半导体激光器全光纤耦合的abcd矩阵理论。实验中,利用梯度折射率光纤的聚焦特性,选取合适的长度,实现了半导体激光器到单模光纤的高效率耦合,最大耦合效率达80.5%。此全光纤耦合方式具有体积小、制作简单、成本低等优点,对低成本、实用化的尾纤输出半导体激光器的实现具有重要的意义。

针对808nm大功率gaas/gaalas半导体量子阱激光器的远场光场分布特点，提出了与多模光纤耦合时对耦合光学系统的特殊要求，并根据低成本、实用化的要求设计制作了专用的耦合光学系统，对耦合光学系统的实际性能进行了测试，给出了耦合效率统计分布图、耦合偏差曲线和高低温可靠性实验结果。用设计制作出的实用化耦合光学系统完成了输出功率15－30w，光纤束数值孔径为0．11－0．22的半导体激光光纤耦合模块，模块的使用结果表明耦合光学系统稳定、高效、实用。