【摘要】：半導(dǎo)體激光器因其具有壽命長(zhǎng)、體積小、光電轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍事和材料加工等領(lǐng)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(zhì)量的種子光,這對(duì)兩者耦合效率提出了很高要求。本論文基于半導(dǎo)體激光器和單模光纖的模場(chǎng)分布特點(diǎn),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(shè)計(jì)耦合模型,對(duì)半導(dǎo)體激光器與單模光纖耦合進(jìn)行了詳細(xì)的理論與實(shí)驗(yàn)研究。主要研究成果如下:1、半導(dǎo)體激光器與單模光纖間模場(chǎng)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(shè)計(jì)可以壓縮激光器的快軸發(fā)散角,實(shí)現(xiàn)兩者模場(chǎng)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(huì)使耦合效率得到提高。2、通過設(shè)計(jì)半導(dǎo)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(shù)的新方法。用遺傳算法對(duì)楔形光纖微透鏡參數(shù)進(jìn)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(shí)耦合效率達(dá)到最佳值。3、根據(jù)遺傳算法得到的優(yōu)化數(shù)據(jù),建立了耦合模型,并用ZEMAX光學(xué)仿真軟件對(duì)耦合模型進(jìn)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(shù)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(jié)果表明,采用先焊前兩點(diǎn)再焊后兩點(diǎn)的焊接順序,光纖焊后偏移最小;采用三角形焊接曲線對(duì)馬鞍架和光纖套管進(jìn)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(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn),進(jìn)行半導(dǎo)體激光器與單模光纖的耦合研究,耦合模塊經(jīng)激光點(diǎn)焊和高低溫環(huán)境測(cè)試后,最大耦合效率可達(dá)到81.48%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)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(jié)構(gòu)使光波導(dǎo)與光纖纖芯之間，但是并不能改變光纖的數(shù)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(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248.4;TN253

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 馬艷,謝福增;用于半導(dǎo)體激光器到單模光纖耦合的圓錐端微透鏡設(shè)計(jì)(英文)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2004年11期

2 高樹理;;半導(dǎo)體激光器和光纖的耦合[J];煤炭技術(shù);2010年02期

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本文編號(hào)：2592155