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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。
工业所用大功率固体激光加工系统探究分析p在新世纪的工业领域中，激光加工技术得到了迅速的发展。
由于激光具有很好的方向性、相干性和单色性，激光加工使传统的加工业得到了改善。
在机械制造领域广泛被用于打孔、焊接、切削加工等，逐步成为目前工业加工领域技术的主导。
1、固体激光加工系统的组成工业所用的大功率固体激光加工系统主要由光纤耦合、大功率的Nd：YAG 激光器、激光加工工作头及加工机械手组成。
其中加工机械手为运动系统，光纤耦合作为光纤传输系统，目前Nd：YAG激光器的应用已大大超过了二氧化碳激光器，它有很多优点例如金属的吸收率高、易于光纤传输、储存的能量高等。
激光加工头主要有切割头和焊接头组成，一般切割头上都有水冷的装置，同时又是该大功率激光加工的水冷系统。
2、大功率固体激光加工光纤耦合技术的激光聚焦系统设计大功率的激光光纤传出系统具有一定的特异性，在光纤耦合技术中传输效率的高低是该设计是否成功的一个重要取向。
因此通常我们用三透镜来取代单透镜，这样可以降低激光的功率损失。
为了满足激光光纤的耦合条件，光束聚焦后其束宽和发散角必须满足以下关系：W<3/2d=3mm，θ<arcsin（N.A.）≈0.22其中w为光束的束宽，d为光纤芯径，θ为激光的远扬发散角大功率激光光纤耦合技术所用的光纤基本上是大芯径多模光纤，根据数学的计算结果表明光纤耦合器的光纤端面处激光光斑直径小于光纤纤芯直径2/3是非常合适的。
在大功率固体激光加工系统的激光光纤耦合过程中，我们也不能为了追求小的聚焦束腰半径，而忽视了光束发散角增，因为在束腰半径减小的过程中光束的发散角在不断地增大，当光束的发散角超过光纤数值最大孔径的时候，这样就会增大激光的功率损失，从而造成一定的浪费。
因此应该同时考虑光束发散角和束腰半径的关系，将两者进行综合全面的考虑，准确的衡量两者的关系，不能因为单纯追求其中一个参数的变小而忽视了另一个参数条件，而是在两者之间找到一个合适的焦距使束腰发散角和束腰半径都达到最佳，从而使两者都能够满足相应的条件。
光纤耦合激光器的原理
光纤耦合激光器是一种通过光纤传递激光信号的装置。
它的工作原理主要包括光纤输入、光纤耦合和激光器三个部分。
首先，光纤输入部分是将激光信号引入光纤的过程。
一般来说，使用光纤末端对准激光器的发射区域，通过一系列光学元件进行对准和调节，将激光信号引导入光纤中。
其次，光纤耦合是将激光信号从光纤中耦合至激光器的过程。
这一步骤中，需要使用一些特殊的光纤连接器或耦合器件，将光纤与激光器适当地连接起来，使得激光信号能够在光纤和激光器之间高效地传输。
最后，激光器是光纤耦合激光器的核心部分。
激光器可以通过注入电流或提供适当的输入能量来激发放大介质，产生一束高强度、单色、方向性良好的激光光束。
这个激光光束经过光纤耦合并传输到目标位置，实现了光纤耦合激光器的最终应用。
光纤耦合激光器具有结构紧凑、功率稳定、传输距离远等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
光纤耦合输出半导体激光器制作过程光纤耦合输出半导体激光器（Fiber-Coupled Output Semiconductor Laser）是一种利用光纤将激光输出的半导体激光器。
它能够有效地将激光器的输出束聚焦到光纤中，具有小尺寸、高功率输出、方便集成等特点。
本文将介绍光纤耦合输出半导体激光器的制作过程。
1. 材料准备光纤耦合输出半导体激光器的制作过程涉及到多种材料，包括半导体片、光纤、封装材料等。
在准备材料的过程中，需要确保材料的质量和稳定性，以保证后续工艺的可靠进行。
2. 半导体片生长首先，需要进行半导体片的生长。
半导体片是激光器的核心组件，其性能直接影响着后续激光器的性能。
常用的半导体材料包括GaAs （砷化镓）和InP（磷化铟）等。
通过分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）等技术，可以在半导体衬底上生长出具有所需能带结构的半导体片。
3. 制备激光器结构接下来，需要将半导体片加工成激光器的结构。
这个过程通常包括光刻、腐蚀、沉积等步骤。
通过光刻技术，可以在半导体片上定义出激光器的电极形状和波导结构。
然后，通过腐蚀和沉积等工艺，可以形成激光器的电极和波导结构。
4. 管芯封装激光器的制备需要将其封装到一个管芯中，以保证激光输出的稳定性。
在管芯封装的过程中，需要将半导体片与光纤粘合在一起，并对其进行定位和固定。
通常，采用光纤对准和焊接的方法，将光纤与激光器的输出端面精确耦合。
5. 板载封装最后一步是进行激光器的板载封装。
这一步是将激光器结构固定在一个电路板上，并与其他电路元器件进行连接。
板载封装需要考虑到激光器的热管理和电路连接等问题，以确保激光器的性能和可靠性。
通过以上几个步骤，光纤耦合输出半导体激光器的制作过程就完成了。
这种激光器具有输出功率高、稳定性好、尺寸小等优点，广泛应用于光通信、激光医疗、激光雷达等领域。
随着制备工艺和材料的不断改进，光纤耦合输出半导体激光器的性能还将不断提高，应用范围也将进一步扩大。
光纤激光器的介绍周菊平2009142105摘要：作为固体激光器的一员，光纤激光器以其结构简单紧凑、体积小，工作稳定可靠，易于集成等特点，一直被认为是固体激光器技术实用化的最佳选择。
高功率光纤激光除在科研、工业加工和医疗保健等领域有着广泛的应用外，在军事国防领域也有着巨大的应用价值。
海湾战争等高技术战争的实践表明，光电武器装备对战术武器性能起决定性作用。
近十年来，高功率光纤技术已成为激光技术领域的热点研究技术之一。
本文介绍了光纤激光器的背景及最新成果，双包层光纤激光器的原理与特点。
关键词：双包层光纤光纤激光器掺杂光纤早在1961年，美国光学公司（American Optical Corporation）的Snitzer等就提出了光纤激光器的构想，但由于受当时条件的限制，研究进展非常缓慢。
进入20世纪80年代中期，Townsend等发明了溶液掺杂技术（Solution doping technique）。
此后，Poole等用改进的化学气相沉积法（MCVD）研制成低损耗的掺铒光纤，一些实验室开始从掺铒光纤中得到了波长1.5um、高达30dB的光放大增益，引起了人们的高度重视。
到80年代中后期，基于半导体激光器泵浦的掺铒光纤激光器和低损耗的石英单模光纤制造技术，为光纤通信的迅猛发展奠定了强有力的技术基础。
正是由于掺铒光纤放大器为光纤通信所带来诱人前景的驱动，引发了80年代中后期稀土掺杂光纤激光器的研究热潮。
随后Hanna等纷纷报道掺铒、钕、镱、铥及铒/镱共掺等光纤激光器。
但当时采用的稀土掺杂光纤为单包层光纤，泵浦光必须直接耦合到直径仅仅几微米的单模纤芯中，这对泵浦源的激光模式提出了较高的要求，导致泵浦源昂贵且耦合效率低。
因此，传统的稀土掺杂光纤激光器只能作为一种低功率的光子器件。
1）与传统的半导体激光器不同，光纤激光器以掺杂稀土元素的光纤作为工作介质，采用反馈器件构成谐振腔，在泵浦光的激励下，光纤内掺杂介质产生受激发射，进而形成激光振荡输出激光。
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。
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告摘要：随着激光器技术的不断发展，大功率半导体激光器光纤耦合技术得到了越来越广泛的应用。
本调研报告主要介绍了大功率半导体激光器光纤耦合技术的原理和优势，同时探讨了在工业、医疗以及通信等领域的应用前景。
通过系统的研究和分析，本报告对大功率半导体激光器光纤耦合技术的发展和未来趋势进行了预测。
1. 引言大功率半导体激光器是一种高效率、高亮度的激光器，被广泛应用于工业加工、医疗器械以及通信领域。
然而，传统的大功率半导体激光器在传输过程中会因为自发辐射和散焦而产生能量损耗和光束质量的下降。
为了克服这些问题，研究人员提出了光纤耦合技术，可以有效地将激光器的输出光束耦合到光纤中，提高能量传输效率并保持光束质量。
2. 大功率半导体激光器光纤耦合技术原理大功率半导体激光器光纤耦合技术利用光学器件实现激光器与光纤的耦合。
通常采用的耦合方式包括球透镜耦合、非球透镜耦合和光纤末端直接耦合等。
其中，球透镜耦合是较为常见的耦合方式。
它通过选择适当的球透镜、调整透镜距离和角度等参数，将激光器的输出光束聚焦到光纤的进口端，使得光能量更加集中和高效的传输进入光纤。
3. 大功率半导体激光器光纤耦合技术优势大功率半导体激光器光纤耦合技术具有以下几个优势：3.1 提高能量传输效率：光纤可以有效地将激光器的输出能量耦合并传输到目标位置，避免了能量损耗和衰减的问题。
3.2 保持光束质量：光纤的耦合使得激光器的输出光束保持高质量，不易受到自发辐射和散焦的影响，保证了传输的稳定性和精准性。
3.3 灵活性和便携性：光纤的使用使得激光器的输出可以灵活地传输到需要的位置，增加了设备的可移动性和应用的灵活性。
4. 大功率半导体激光器光纤耦合技术应用前景4.1 工业加工：大功率半导体激光器光纤耦合技术在工业加工领域具有广泛应用，可以用于激光切割、激光打标、激光焊接等工艺，提高加工速度和精度。
4.2 医疗器械：大功率半导体激光器光纤耦合技术可以用于医疗器械中的激光治疗和激光手术，如激光美容、激光矫正等治疗方式。
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。
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。
