2012年激光技术精彩回顾

2012-12-01 00:14

　　六、技术应用

　　近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。

　　本文将半导体激光二级管(LD)发出的光更高效地注入到光纤中是光纤激光器与光纤放大器研究的先决条件。半导体激光二级管包括二极管单管、条形巴、二维堆栈和二极管阵列等，其各自的耦合技术之间有联系也有区别。分析介绍了有代表性的柱状楔形法、V型槽法、微透镜法等二极管单管与光纤的耦合技术；光纤束耦合法、光束整形法等二极管条形巴与光纤的耦合技术；以及二极管二维堆栈和二极管阵列与光纤的耦合技术等各种光纤耦合技术，比较了这些方法之间的共通点，供今后的研究人员选择和参考。

　　光纤和能与光纤配套使用的激光器是构建光通信系统和光纤激光器系统的先决条件。半导体激光器，特别是半导体激光二极管(LD)可直接作为光通信用光源，也可作为激光器、放大器的泵浦源在激光工程研究领域有着十分重要的地位。随着光纤激光器输出功率的进一步提高，一个高功率光纤激光系统往往需要多个LD提供足够的泵浦功率。于是，将LD发出的光高效地耦合进光纤，以及将众多的泵浦光束高效地合成一束已成为光纤激光器研究的重要问题，引起了国内外激光器研究者及制造商的重视。光纤耦合技术包括“LD与输出尾纤的耦合技术”和“泵浦激光器尾纤与光纤激光器光纤的耦合技术”等，相对来说“LD与输出尾纤的耦合技术”方法更多，形式更灵活，有些技术稍加延伸就可推广应用在“泵浦激光器尾纤与光纤激光器光纤”的耦合中。

　　半导体激光二极管(LD)包括二极管单管(Tube)、条形巴(Bar)、二维堆栈(Stack)以及二极管阵列(Array)等。随着光纤激光器和光纤放大器研究的不断深入和制作工艺的不断提高，各种更新颖的想法和更先进的光纤耦合技术层出不穷，文中细致比较了国内外各种光纤耦合技术的研究现状，总结寻找出各种光纤耦合技术之间的规律。

　　1二极管单管与光纤的耦合技术

　　二极管单管结构相对简单，功率较小，发光元基本上只有一个，但同样存在光束质量差，快轴、慢轴发散性差异大等问题。要想高效的将二极管单管的出射激光耦合进光纤，仍需采用一些特殊技术。

　　1.1柱状锲形微透镜光纤法

　　为提高光纤耦合技术的耦合效率和失配容忍度，可用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式LD进行耦合，有关实验表明，该方法可得到最高为87.06%的耦合效率。

　　柱状楔形光纤微透镜是近年出现的一种新型光纤微透镜。首先在光纤端头通过研磨和抛光等机械加工得到楔形角，然后在楔角顶端继续通过研磨加工得到柱状微透镜。柱状楔形光纤微透镜通过楔角和柱状透镜的组合来对发散角比较大的半导体激光光束快轴方向整形，激光光束慢轴方向发散角较小，满足正弦值小于数值孔径的限制，对这个方向上的出射光束不必整形即可顺利耦合。