微光学元件及光纤耦合半导体激光器

采用ZEMAX EE 非序列光线追迹光学设计软件，对光源发光模型、光束准直、整形及聚焦进行模拟，得到各个步骤的光场分布及效率。图8 为几个重要光学表面位置处的光强分布，a 为条阵激光器发光面处的光强分布，从图中可以看出19 个发光区，每一个发光区的输出功率为2W，因此总输出光功率为38W，b 为快、慢轴方向都准直后的光强分布，功率为37.9，c 为整形后的光强分布，激光器功率为31W，d 为经过聚焦后在光纤端面处的光强分布，从模拟结果来看，光斑小于150um×720um，输出功率为26W， 耦合效率为68.5%。若按总功率40W 计算，则光纤耦合输出功率为27.4W。  
3.5、实验结果及分析
采用微透镜阵列对40W条阵半导体激光器进行光纤耦合，该激光器由19 个发光区构成，每一个发光区长度为150µm，发光区间距为500µm，因此条阵发光区长度为10mm，在快、慢轴方向的发散角分别为8°和36°（FWHM）。通过快慢轴微透镜阵列准直后，其快慢轴方向的准直光束的发散角为2.3mrad 和42.5mrad，光斑约为10mm×0.6mm，经过两次折叠，变成1.2mm×5mm 光斑。采用焦距f=15mm，口径D=6.35mm 的聚焦透镜耦合进入光纤，耦合进入芯径为800um，数值孔径为0.22NA 的多模光纤，其耦合效率达到了63.8%。图9 为条阵半导体激光器的P-I 曲线和光纤耦合输出的P-I 曲线，图10 为实际的光纤耦合半导体激光器。功率损耗主要在以下几个方面：实测效率低首先是准直包络能量快、慢轴方向仅有90%；其次各个透镜反射能量的损耗约占5~8%；整形过程中对波面的分割和重新排列时的边缘损耗约5~8%；最后是耦合光纤端面的反射和端面的泄露损耗了约10%能量。