基于单发光区芯片的大功率光纤耦合激光器的输出远场特征-发光学报.PDF

第３８卷　 第２期 发　 光　 学　 报 Ｖｏｌ３８ Ｎｏ２ ２０１７年２月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ Ｆｅｂ. ꎬ２０１７ 文章编号:１０００￣７０３２(２０１７)０２￣０１７０￣０７ 基于单发光区芯片的大功率光纤耦合激光器的 输出远场特征分析 夏晓宇ꎬ高　 欣ꎬ许留洋ꎬ曹曦文ꎬ乔忠良ꎬ王宪涛ꎬ薄报学∗ (长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室ꎬ吉林 长春　 １３００２２) 摘要:为研究光纤耦合激光器的输出远场特征ꎬ基于ＺＥＭＡＸ光学设计软件ꎬ模拟了基于单发光区激光器芯 片的多种光纤耦合结构ꎬ分析了不同耦合结构的输出远场特征ꎮ 模拟结果表明:单管耦合输出远场分布通常 为中间亮、边缘暗的圆形光斑ꎮ 当准直后的光束快慢轴光束尺寸基本一致时ꎬ远场输出光斑均匀性会得到极 大改善ꎻ当存在光纤轴心角向误差(大于１°)时ꎬ远场输出光斑的均匀性会明显降低ꎮ 多单管耦合时ꎬ单管之 间的台阶高度若大于准直后的快轴光斑尺寸ꎬ则对应的远场输出为有暗区的同心圆环ꎬ单管的数量对应圆环 的数量ꎮ 为了提高输出远场分布的均匀度ꎬ应严格控制合束单管之间的台阶高度ꎮ 关　 键　 词:单发光区激光器ꎻＺＥＭＡＸꎻ光纤耦合ꎻ远场特性 中图分类号:ＴＰ３９４.１ꎻＴＨ６９１.９　 　 　 文献标识码:Ａ　 　 　 ＤＯＩ:１０.３７８８/ ｆｇｘ０１７０ Ｏｕｔｐｕｔ Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＸＩＡ Ｘｉａｏ￣ｙｕꎬＧＡＯ ＸｉｎꎬＸＵ Ｌｉｕ￣ｙａｎｇꎬＣＡＯ Ｘｉ￣ｗｅｎꎬＱＩＡＯＺｈｏｎｇ￣ｌｉａｎｇꎬＷＡＮＧ Ｘｉａｎ￣ｔａｏꎬＢＯ Ｂａｏ￣ｘｕｅ∗ (ＳｔａｔｅＫｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅｒꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２ꎬＣｈｉｎａ) ∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ＡｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｂｂｘ＠ｃｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｆａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓꎬ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓｏｆｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂａｓｅｄｏｎ ｓｉｎｇｌｅｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｌａｓｅｒ ｃｈｉｐｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙ ＺＥＭＡＸ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ . Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｒ￣ｆｉｅｌｄ ｏｕｔｐｕｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｅｍｉｔｔｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ａｃｉｒｃｕｌａｒｓｐｏｔｗｉｔｈａｂｒｉｇｈｔｅｒｃｅｎｔｅｒａｎｄａｗｅａｋｌｉｇｈｔｚｏｎｅｏｕｔｓｉｄｅ. Ｗｈｅｎｔｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃｏｌ￣ ｌｉｍａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｔｈｅｆａｓｔａｘｉｓａｎｄｓｌｏｗ ａｘｉｓｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｔｈｅｓａｍｅꎬｔｈｅｆａｒｆｉｅｌｄｏｕｔｐｕｔｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｇｒｅａｔｌｙ. Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｎｇｕｌａｒ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ａｘｉｓ ｉｓ ｌａｒｇｅ(ｍｏｒ