大功率激光光纤耦合技术研究

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。

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。

光纤激光器研究报告近年来，随着信息技术的快速发展，光通信和光存储技术的需求不断增加，光纤激光器作为一种重要的光源设备，其研究和应用也越来越受到关注。

本文将从光纤激光器的基本原理、研究现状、应用前景等方面进行探讨。

一、光纤激光器的基本原理光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光器。

其基本结构包括光纤、光纤耦合器、泵浦光源、光纤光栅等。

泵浦光源通过光纤耦合器将能量输送到光纤中，光纤光栅则用于调制光纤中的光场，使其产生激光输出。

光纤激光器的输出波长和功率可以通过调节光纤光栅的参数来控制。

光纤激光器的工作原理是基于光纤的增益介质特性。

当泵浦光经过光纤时，会激发光纤中的掺杂物（如铒离子、钕离子等）发生跃迁，产生光子，并激发周围的光子参与共振反馈，形成光纤中的激光场。

光纤激光器具有波长可调、功率稳定、光斑质量好等优点，因此在光通信、激光加工、医学等领域有广泛的应用。

二、光纤激光器的研究现状目前，光纤激光器的研究主要集中在以下几个方面：1.光纤激光器的波长调制技术光纤激光器的波长调制技术是实现光纤激光器波长可调的关键技术之一。

目前，波长调制技术主要包括电光调制、热光调制、机械调制等。

其中，电光调制技术是最常用的一种技术，其原理是利用电场控制光纤光栅的折射率，从而调制激光的波长。

2.光纤激光器的高功率输出技术光纤激光器的高功率输出是实现光纤激光器广泛应用的必要条件之一。

目前，高功率输出技术主要包括多段光纤放大、光纤叠加等。

多段光纤放大技术通过将光纤分成多段进行放大，从而提高激光器的输出功率。

光纤叠加技术则是利用多根光纤叠加的方法，将多个低功率的激光器输出合并成一个高功率的激光器输出。

3.光纤激光器的光学降噪技术光学降噪技术是提高光纤激光器光斑质量的关键技术之一。

目前，光学降噪技术主要包括光纤光栅滤波、光纤光栅反馈等。

其中，光纤光栅滤波技术是将光纤光栅的带通滤波器替换为带阻滤波器，从而实现对光纤激光器输出波长的滤波。

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。

传导热沉半导体激光光纤耦合泵浦模块的理论与实验研究大功率光纤激光器以其卓越的光束质量、超大的光功率密度、高转换效率、体积小、结构紧凑、易于调制、使用简便以及免于维护等显著特点,已逐步替代固体和气体激光器广泛应用于军事、工业加工、医疗和空间通信等领域。

然而,这项技术在未来能否有更大的应用发展空间,却受限于结构紧凑、成本低廉、高亮度和高稳定性的光纤耦合半导体激光泵浦源技术的发展。

本文以大功率光纤激光器以及光纤耦合的半导体激光器在激光加工领域及其军事领域的应用为背景,以光纤耦合半导体激光泵浦源模块为主要研究对象,以提高光纤耦合半导体激光泵浦源模块的亮度为主要目的,在对国内外技术路线调研的基础上,采取传导热沉封装半导体激光阵列光纤耦合方法,实现光纤耦合半导体激光泵浦源模块的高亮度输出。

本文为了降低光纤耦合半导体激光泵浦源模块的成本,对大功率半导体激光阵列封装技术进行了大量实验研究,总结了大功率半导体激光阵列封装的关键技术问题,并简要介绍了封装流程,最后对自主封装的激光器进行了参数测试。

通过参数测试分析了经快慢轴准直的大功率半导体激光二极管阵列的远场特性,为后续光束整形系统和聚焦耦合系统的设计与加工奠定了基础。

本文详细阐述了表征激光光束质量标准的光束聚焦特征参数值和半导体激光一维阵列在快慢轴方向上光束参数乘积BPP的表达方式。

本文对传导热沉封装半导体激光阵列光纤耦合方法进行了理论和实验研究。

根据理论计算,此方案可以将半导体激光耦合进数值孔径为0.22,芯径200μm的光纤;通过实验研究,最终获得耦合进数值孔径0.22,芯径600μm的光纤,输出功率160.5W(直角棱镜和光束整形系统未镀膜),耦合效率74%,插头效率达42.5%以上。

同时本文还分析了理论与实验偏差较大的原因,为后续进一步实验提供了指导。

本文最后对光纤耦合输出的半导体激光器进行了绕纤实验研究,并结合光线理论分析了弯曲光纤模型中的包层光线传输特性,得出弯曲光纤的传输效率由弯曲半径和弯曲光纤长度共同决定的结论,同时提出了利用绕纤方式甄别光纤耦合输出半导体激光器光束质量的简便方法。

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。