半导体激光器光纤耦合设计

战利伟，高欣，薄报学，计光

(长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室，长春 130022)

随着光电子技术的快速发展，半导体激光器在生产、生活方面有着广泛的应用。半导体激光器具有效率高、体积小、可靠性好等优点，使得半导体激光器在许多行业凸显出优势。但由于半导体激光器自己结构的特点，其输出光束在垂直于结平面和平行于结平面方向的发散角不同，尤其是垂直于结平面方向(快轴方向)具有很大的发散角。目前对于半导体激光器光束整形的方法中，光纤耦合普遍被人们所接收，通过这种方法既可以实现光束的灵活传输，也为使用带来了方便。在具体分析半导体激光器输出光束特点情况下，本文提出了可以对 LD输出光束的快轴和慢轴同时准直并且两面具有不同曲率半径的微透镜，通过ZEMAX软件进行仿真，能够得到较高的耦合效率。这种透镜具有结构简单、调整方便、耦合效率高的特点。

双曲面透镜的外形尺寸(L×W×T)为2mm×2mm×1mm，快、慢轴的有效焦距(effective focus length)分别为 0.072mm、0.472mm。透镜结构如下图所示。

图1 透镜结构示意图Fig.1 Schematic diagram of lens

1 利用ZEMAX软件仿真

本文对半导体激光器所输出波长为808nm、快轴发散角为40°、慢轴发散角为12°发光面积为1m×100m的光束进行耦合设计。通过ZEMAX软件中的POP(PhysicalOptics Propagation)的相应设置可以得到如图2所示的光源模拟图。

表1 系统数据表Tab.1 System data table

图2 光源模拟图Fig.2 Sources simulation diagram

借助ZEMAX软件让半导体激光器输出的光束通过双曲面透镜(材料为 S-TIH53)并且耦合进芯径为石英材料、芯径大小为62.5m，数值孔径(NA)为0.22的多模光纤中。……