单模光纤耦合半导体激光器

半导体激光器的应用与分类半导体光发射器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。

按照其发光特性，可分为激光二极管（又称半导体激光器或二极管激光器，Laser Diode，LD），通常光谱宽度不]于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管(Superluminescent Dmde,SLD)，光谱宽度不大于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管（Light Emiltting，LED），光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管（Superluminescent SLD），光谱宽度为30～50nm，本节重点介绍几种半导体激光器，钽电容简要介绍超辐射发光二极管。

半导体激光器的分类有多种方法。

按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等；按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器；按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等；按管心组合方式分：单管、阵列（线阵、面阵）；按注入电流工作方式分：脉冲、连续、准连续等。

LD主要技术摄技术指标有光功率、中心波长、光谱宽度、阈值电流、工作电流、工作电压、斜率效率和电光转换效率等。

半导体激光器的光功率是指在规定驱动电流条件下输出的光功率，该指标直接与工作电流对应，这体现了半导体激光器的电流驱动特性。

如果是连续驱动条件，T491T336M004AT则输出功率就是连续光功率，如果是脉冲驱动条件，输出的光功率可用峰值功率或平均功率来衡量。

hymsm%ddz半导体激光器的中心波长是指激光器所发光谱曲线的中心点所对应的波长，通常用该指标来标称激光器的发光波长。

光谱宽度是标志个导体激光器光谱纯度的一个指标，通常用光谱曲线半高度对应的光谱全宽来表示。

三波长合束单管激光器光纤耦合模块设计刘翠翠;王鑫;井红旗;吴霞;王翠鸾;马骁宇【摘要】为了研究以单管半导体激光器为基本单元的高功率、高亮度波长合束光纤耦合模块,设计出新型光纤激光器泵浦模块,基于ZEMAX光学设计软件等设计了一种由30支单管半导体激光器组成、可输出3种波长光束的光纤耦合模块.将经快慢轴整形、空间合束、波长合束、光路转向及聚焦的光束耦合进入芯径105 μm、数值孔径0.22的普通光纤,最终得到尾纤输出端高于357.91 W的输出功率,光纤耦合效率为99.42%,光功率密度为27.24 MW/cm2-stras.为了验证模块的实际操作的可行性,分析了光纤端面法线与入射光束之间的夹角对耦合效率的影响,结果显示该夹角对模块的耦合效率影响较小.同时,应用ANSYS软件对模块散热情况的分析结果可知,模块散热性能良好.故该模块各项性能良好,可靠性较高,实现了高功率、高亮度、多波长的多单管半导体激光器光纤耦合模块的设计目的.%In order to develop a wavelengths ultiplexing fiber-coupled module of high output power and high power denisty on the basis of single emitter semiconductor laser diode,and design a kind of new pump laser for fiber laser,a new-type fiber-coupled module composed of 30 LDs was designed based on ZEMAX optical design software,which can output three kinds of wavelengths. After colli-mation by micro lens,including FACs and SACs,spatial multiplexing,wavelength multiplexing,di-version by special mirrors,focusing by focus lens and coupling to a fiber, the module can produce above 357.91 W output power from a standard fiber with core diameter of 105 μm and numerical ap-erture (NA) of 0.22. The total fiber coupling efficiency is about 99.42%, and the power density is 27.24MW/cm2. To test the practical feasibility of the module, analyzed the influence from the angle between the incident beam and the normals of optical fiber end face on the coupling efficiency, the results showed the effects from the angle is so tiny that can be neglected. At the sametime,the application of ANSYS software for the thermal analysis of this module shows that the cooling perform-ance of the module is pretty good. Therefore this module's performance is positive and of highreliability,which can meet the demand of single emitter semiconductor laser fiber-coupled module which is of high power, high brightness and multiple wavelengths. Additionally, this design is of great guiding significance for practical production.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】6页(P337-342)【关键词】半导体激光器;光纤耦合;合束技术;ZEMAX【作者】刘翠翠;王鑫;井红旗;吴霞;王翠鸾;马骁宇【作者单位】中国科学院半导体研究所,北京 100083;中国科学院大学,北京100049;中国科学院半导体研究所,北京 100083;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院半导体研究所,北京 100083;中国科学院半导体研究所,北京 100083;中国科学院半导体研究所,北京 100083;中国科学院半导体研究所,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TN248.41 引言随着科技的发展，光电子产业已融入到医疗美容、电子通讯、工业加工及国防安全等各个领域，成为当今社会必不可少的产业之一。

半导体激光器的工作原理激光技术在现代科学和工业中起着至关重要的作用，而半导体激光器是其中一种常用的激光器类型。

它通过半导体材料的特殊性质来产生激光光束。

本文将详细介绍半导体激光器的工作原理。

一、激光的基本原理要了解半导体激光器的工作原理，首先需要了解激光的基本原理。

激光是一种特殊的光，与普通的自然光有很大区别。

激光光束具有相干性、单色性和聚焦性等特点，这些特征使得激光在各个领域有广泛的应用。

激光的产生是通过光子的受激辐射过程实现的。

在光学腔中，光子通过与激发状态的原子或分子发生相互作用，被吸收并获得能量。

然后，这些激发的原子或分子会受到外界刺激，由高能级跃迁到低能级，释放出原子或分子的“多余”能量。

这些能量会以光子的形式，经过光放大器的反射和反射，最后通过激光器的输出窗口发出。

这样就形成了一束特殊的激光光束。

二、半导体激光器的结构半导体激光器是利用半导体材料的特性来产生激光的器件。

它的主要结构由正、负型半导体材料组成，通常是p型和n型半导体，中间夹层为n型材料。

具体来说，半导体激光器一般由以下几个关键部分构成：1. 激活层（active layer）：激活层是半导体激光器的核心部分，也是激光的产生和放大的地方。

它由两种半导体材料之间的异质结构构成，通常是由n型和p型材料组成。

当外加电流通过激活层时，会在激活层中产生载流子（电子和空穴）。

2. 波导层（waveguide layer）：波导层是指导激光光束传播的部分，其材料的折射率通常比周围材料低。

通过选择合适的波导层结构，可以实现激光束的单模（TEM00）输出。

3. 管腔（cavity）：管腔是激光器中的一个重要元件，它由两个高反射率镜片构成，将光线限制在波导层中，形成光学腔。

其中一个是部分透射的输出镜，另一个是全反射的输出镜。

管腔的长度决定了激光的波长。

4. 电极（electrodes）：电极主要用于施加电场，控制激光器的开启和关闭。

它们通常位于激光器的两端，通过外接电源提供正向或反向偏置电压。

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。

太原理工大学学生实验报告
1.根据实验记录数据，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电
流的关系曲线。

(测得电阻为Ω)
2.根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流I th的大小。

3.根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。

七、注意事项
1.半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则有烧毁激光器的危险。

2.由于光功率计，光跳线等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切忌
用力过大。

八、思考题
1.试说明半导体激光器发光工作原理。

半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。

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
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响
随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。

3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统。

808nm光纤耦合半导体激光泵浦源808nm光纤耦合半导体激光泵浦源是一种新型的光学器件，采用光纤耦合技术将半导体激光泵浦源与光纤进行耦合，使得激光器的输出光功率更稳定，噪声更小，应用范围更广泛。

808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的工作原理是通过电流驱动半导体激光器的发光二极管，将电能转化为光能。

在808纳米的波长下，激光泵浦源具有较高的光转换效率，并且具有较低的发热量。

同时，采用光纤耦合技术可以将激光器产生的热量快速传导到散热系统中，有效降低了器件的温度，提高了激光器的工作稳定性和寿命。

808nm光纤耦合半导体激光泵浦源具有以下几个特点：首先，具有高功率稳定性。

激光泵浦源采用与光纤绑定的方式，可以大大减少光纤的损耗，并且能够在较长距离内保持光功率的稳定。

这使得激光器的输出功率更加一致，提高了激光器的工作效率和性能。

其次，具有低噪声。

808nm光纤耦合半导体激光泵浦源在工作过程中减少了光学器件的振动和震动，从而降低了激光器的噪声水平。

这使得激光器在科研、医疗和工业等领域中的应用更加广泛，例如激光医疗器械、激光打标机等。

再次，具有高光质量。

808nm光纤耦合半导体激光泵浦源的输出波长符合激光输出的最佳波长范围，可以获得高光质量的激光束。

这对激光器应用中需要高光质量的场景，如光通信和激光测距等领域有着重要的意义。

此外，808nm光纤耦合半导体激光泵浦源还具有小尺寸、低成本、易于集成等优点。

光纤耦合技术使得激光器的结构更加紧凑，便于在各种设备和系统中进行集成。

同时，由于其制造工艺相对简单，所以其成本也相对较低。

综上所述，808nm光纤耦合半导体激光泵浦源是一种具有高功率稳定性、低噪声、高光质量的光学器件。

它的出现不仅拓宽了激光泵浦源的应用领域，而且提高了激光器的性能和可靠性。

随着技术的不断发展，相信这种光学器件将会在更多的领域中得到应用，推动科技的进步和创新。

单模光纤耦合半导体激光器【原创版】目录1.单模光纤耦合半导体激光器的概念2.单模光纤耦合半导体激光器的特点3.单模光纤耦合半导体激光器的应用领域4.市场上的相关产品及生产厂家5.德国 INGENERIC 微透镜在单模光纤耦合半导体激光器中的应用正文一、单模光纤耦合半导体激光器的概念单模光纤耦合半导体激光器是一种将半导体激光器和单模光纤进行耦合的光源设备。

它可以将半导体激光器产生的光信号通过单模光纤进行传输，具有光束质量好、传输效率高、信号干扰小等优点。

在工业生产、科研实验、光通信等领域有广泛的应用。

二、单模光纤耦合半导体激光器的特点1.高稳定性：单模光纤耦合半导体激光器具有优良的光学稳定性，能够在各种环境下保持稳定的输出性能。

2.高效率：通过光纤耦合，可以有效提高激光器的输出效率，减少能量损耗。

3.多功能：单模光纤耦合半导体激光器可以提供从紫外到近红外多个波长，多种输出功率水平，连续或调制脉冲等多种工作方式，满足不同应用场景的需求。

4.优良的光束质量：单模光纤耦合半导体激光器具有优异的光束质量，可以实现点状到线形、面型等多种光斑模式。

5.保护性能：具有过饱和保护和温度控制等功能，可以有效保护激光器免受损坏。

三、单模光纤耦合半导体激光器的应用领域单模光纤耦合半导体激光器在光通信、光纤传感、激光加工、医疗美容、科学研究等领域具有广泛的应用。

四、市场上的相关产品及生产厂家目前，国内外有许多厂家生产单模光纤耦合半导体激光器，如陕西福雷光电科技有限公司、上海屹持光电有限公司等。

这些厂家生产的产品性能稳定，质量可靠，得到了市场的认可。

五、德国 INGENERIC 微透镜在单模光纤耦合半导体激光器中的应用德国 INGENERIC 公司生产的微透镜阵列具有卓越的形状精度，可以用于光纤耦合的光束转换、激光的均匀化以及相同波长激光堆的有效组合。

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。

光纤耦合半导体激光器光纤耦合半导体激光器是一种将激光器和光纤相结合的器件。

它利用光纤的优良传输特性，将激光器的输出光束耦合到光纤中进行传输。

光纤耦合半导体激光器具有小尺寸、高功率、高效率、稳定性好等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。

光纤耦合半导体激光器的基本构造是将半导体激光器和光纤通过耦合器件进行连接。

半导体激光器是产生激光的核心部件，它由半导体材料制成，具有电流驱动特性。

光纤则是将激光束传输到目标位置的通道，它由光纤材料制成，具有光信号传输特性。

耦合器件起到连接和耦合两者的作用，通常采用透镜、光纤接口等结构。

在光纤耦合半导体激光器中，激光器产生的激光束首先经过调制器进行调制，这样可以对激光进行控制，满足不同应用需求。

然后，通过耦合器件将激光束耦合到光纤中。

耦合的目的是将激光能量高效地传输到光纤中，并保持高质量的传输。

耦合效率的高低直接影响到激光器的输出功率和稳定性。

光纤耦合半导体激光器的优点之一是可以将激光束传输到较远的距离，而不会因为传输损耗而降低功率。

这是因为光纤具有低损耗、低色散的特性，可以有效地保持激光束的质量。

此外，光纤耦合半导体激光器还具有较小的尺寸和重量，适合在空间有限的环境中使用。

光纤耦合半导体激光器在通信领域有着广泛的应用。

它可以用于光纤通信系统中的光源，将激光信号传输到光纤中进行信号传输。

由于光纤耦合半导体激光器具有高功率、高效率的特点，可以提供稳定的信号传输。

此外，光纤耦合半导体激光器还可以用于光纤传感系统中，实现对温度、压力等参数的测量和监测。

在医疗领域，光纤耦合半导体激光器也有着重要的应用。

它可以作为医疗设备中的光源，用于激光治疗、激光手术等。

光纤耦合半导体激光器具有小尺寸、高功率的特点，可以在医疗器械中实现紧凑的设计。

光纤耦合半导体激光器还可以用于材料加工领域。

它可以作为激光切割、激光焊接等加工过程中的光源。

光纤耦合半导体激光器具有高功率、高效率的特点，可以提供稳定的激光能量，实现高质量的材料加工。