980nm半导体激光二极管阵列与光纤耦合系统的設計

简介：
本研究专注于设计并优化980纳米波长半导体激光二极管阵列与光纤的高效耦合系统，旨在提高光传输效率及稳定性。 在当今快速发展的科技背景下，半导体激光二极管（Laser Diode, LD）在工业生产及科学研究中的作用日益重要。尤其是半导体激光二极管阵列（LDA），因其高效的光电转换能力和高输出功率密度，在医疗保健、军事应用、光通信和加工等领域得到广泛应用。然而，由于LD固有的制造缺陷，导致其发射区域在快轴与慢轴上的尺寸严重不对称，进而使得输出光束的空间分布存在巨大差异，并且较大的发散角度限制了直接使用。 为了高效地将LDA的光线耦合进光纤并提高耦合效率，研究者们致力于解决19个LD单元阵列成功耦合并进入光纤这一重要课题。本段落采用ZEMAX软件进行设计与模拟，通过堆叠棱镜组对波长为980纳米、包含1×19个单元的LDA输出光束进行准直和整形，并最终实现将光线聚焦并高效地耦合进纤芯直径200微米且数值孔径（NA）为0.22的光纤，实现了高达95.6%的耦合效率。 在研究半导体激光二极管阵列与光纤耦合系统的设计中，需解决的关键问题包括：LDA输出光束快轴和慢轴上的不对称分布。这是由于制造过程中固有的缺陷导致发射区域尺寸差异造成的，需要设计一种方法来均匀化空间中的光线分布；降低光束参数积（BPP）值是提高耦合效率的重要因素；以及模拟激光束的发散角。 本段落的研究集中在将19个单元的LD阵列高效地耦合并进入光纤。每个LD单元发射区域尺寸为150微米×1微米，周期间距为500微米，快轴和慢轴上的发散角度分别为36度与10度；所用光纤纤芯直径200微米、数值孔径（NA）为0.22。通过使用ZEMAX软件对系统进行设计模拟后实现了高效的耦合效果。 在解决上述关键问题时，本段落提出了一种利用堆叠棱镜组来整形光束的方法，有效解决了LD阵列输出光线的快轴和慢轴不对称性，并优化了光束参数使得聚焦后的光线能够更好地进入光纤。这显著提高了耦合效率并扩展推动了半导体激光器的应用领域，特别是在需要高密度光源输出的情况下。通过上述技术手段，为光学工程及精密制造等领域提供了可靠的光源解决方案。