【摘要】：半導體激光器因其具有壽命長、體積小、光電轉換效率高、可靠性高等突出優(yōu)點,廣泛應用于醫(yī)療、軍事和材料加工等領域,其與單模光纖的耦合可作為光纖激光器的種子源,為光放大器提供高質量的種子光,這對兩者耦合效率提出了很高要求。本論文基于半導體激光器和單模光纖的模場分布特點,用模式耦合理論研究了兩者的耦合,找到了影響耦合效率的因素以及提高耦合效率的方法,并通過設計耦合模型,對半導體激光器與單模光纖耦合進行了詳細的理論與實驗研究。主要研究成果如下:1、半導體激光器與單模光纖間模場與相位的不匹配是影響耦合效率的最主要因素。從模式耦合理論出發(fā),提出了將光纖端面加工成楔形微透鏡的新方法,特殊的楔面設計可以壓縮激光器的快軸發(fā)散角,實現兩者模場匹配,而楔角頂端的柱狀微透鏡可有效降低兩者相位失配,這些都會使耦合效率得到提高。2、通過設計半導體激光器與楔形透鏡光纖耦合模型,提出了用遺傳算法優(yōu)化多變量參數的新方法。用遺傳算法對楔形光纖微透鏡參數進行優(yōu)化,得到透鏡半徑為3.44μm,楔角為88°,耦合距離為6.13μm時耦合效率達到最佳值。3、根據遺傳算法得到的優(yōu)化數據,建立了耦合模型,并用ZEMAX光學仿真軟件對耦合模型進行光線追跡,通過觀察光纖尾端光斑圖像,得到了88.9%的耦合效率。4、從優(yōu)化激光焊接順序和激光焊接參數出發(fā),用ANSYS workbench有限元方法仿真得到了焊件溫度分布情況和光纖焊后偏移。結果表明,采用先焊前兩點再焊后兩點的焊接順序,光纖焊后偏移最小;采用三角形焊接曲線對馬鞍架和光纖套管進行焊接,光纖焊后偏移最小,為0.818μm。5、將優(yōu)化的楔形光纖微透鏡參數應用于實驗,進行半導體激光器與單模光纖的耦合研究,耦合模塊經激光點焊和高低溫環(huán)境測試后,最大耦合效率可達到81.48%。實驗結果與仿真結果相差不大,耦合輸出功率滿足了做光纖激光器種子源的功率要求。
【圖文】：

面光纖是將光纖端面加工成球形，這種結構使光波導與光纖纖芯之間，但是并不能改變光纖的數值孔徑，耦合效率提高水平有限。錐形光值孔徑，增加吸收光的能力，耦合效率大于 30%。斜面光纖主要用于（c）楔形光纖（d）斜楔形光纖圖 1.2 四種光纖端面

半導體激光器結構
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248.4;TN253

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 馬艷,謝福增;用于半導體激光器到單模光纖耦合的圓錐端微透鏡設計(英文)[J];半導體學報;2004年11期

2 高樹理;;半導體激光器和光纖的耦合[J];煤炭技術;2010年02期

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本文編號：2592155