基于楔形微透镜补偿半导体激光阵列指向偏差

孟 娇,曹银花,秦文斌,刘友强,李 景,郭照师,兰 天,关娇阳,潘建宇,王智勇

(北京工业大学 材料与制造学部先进半导体光电技术研究所,北京 100124)

1 引 言

半导体激光阵列(Laser Diode Array,LDA)由多个发光单元沿结平面紧密线性排列组成[1]。LDA发光单元的光束指向性偏差主要来源有两个:LDA在封装过程中普遍存在的“Smile”效应导致各发光单元的光束指向性不一致[2]；LDA的光束发散角大,在光束准直过程中,准直微透镜的安装误差造成发光单元的光束指向性偏差[3](指向性偏差的大小称为指向角)。通常用光参数积(Beam Parameters Product,BPP)来评价半导体激光器的光束质量,BPP是光束的光斑宽度d0和发散角θ的乘积[4]。LDA的光束指向角增大光束的光斑宽度和发散角,必然导致BPP的数值增大,显著劣化快轴光束质量[5-6]。LDA具有电光转换效率高、寿命长、可靠性高等优点[7-10],但光束质量较差成为限制其发展应用的重要因素[11]。因此,在实际应用中,需要通过技术手段改善光束质量以满足使用要求。2016年,Fabio等人[12]利用全自动设备安装FAC使其精确对准发光单元,实现快慢轴两个方向上的指向误差小于0.1 mrad。2018年,Gabriel等人[12]针对LDA的“Smile”效应提出了利用光束变换系统和包含19个凹凸柱透镜的望远镜阵列补偿指向角的方法,通过调整凹面顶点的偏心位置补偿光束指向性,光纤耦合效率为85.4 %,提高了22.8 %。

本文重点研究LDA发光单元的光束指向性偏差对光束质量的影响,通过楔形微透镜阵列来补偿发光单元的光束指向性偏差。为了降低加工难度和成本,利用分类补偿的方法,改善LDA的快轴光束质量,将单bar光束耦合进芯径200 μm、NA=0.2光纤。……