修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開的一種修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法，旨在提供一種耦合效率高的方法。本發(fā)明專利技術(shù)通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：在半導(dǎo)體激光器非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場中，設(shè)置一對方向相反且鏡像對稱，可在10°～30°實時可調(diào)楔形棱鏡相對角度的光學(xué)組件無焦系統(tǒng)，在實際使用中，可根據(jù)每一片激光器芯片去調(diào)節(jié)調(diào)楔形棱鏡相對角度，改變光束入射到第二塊棱鏡斜面的角度，將多側(cè)模的激光束聚焦成圓整的光斑圓，匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱，使楔形沿棱鏡斜面方向的慢軸光束被擴大到半導(dǎo)體激光器軸模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)快軸一致的光路，經(jīng)過整形后的光斑圓通過透鏡耦合到光纖。解決了現(xiàn)有技術(shù)采用柱面鏡，導(dǎo)致激光器發(fā)散角大而不對稱的缺點。

Method for correcting asymmetry of far-field divergence angle of semiconductor laser

The invention discloses a method for correcting the far field divergence angle of a semiconductor laser, in order to provide a method with high coupling efficiency. The invention is realized by the following technical scheme: waveguide structure in semiconductor laser non circular symmetry emission light field in the region, set up a pair of opposite and mirror symmetry in 10 degrees to 30 degrees can be real-time optical component adjusting wedge prism relative angle afocal system, used in practice, according to each a laser chip to adjust the wedge prism angle relative to the incident beam, change second prisms inclined angle of laser beam is focused on multi lateral modes into a round spot round, matching different asymmetric laser far-field divergence angle, beam along the slow axis of the wedge prism oblique direction was extended to semiconductor laser axis fast axis optical waveguide structure is consistent, after shaping the circular spot through the lens coupled to the optical fiber. The utility model solves the defects that the laser divergence angle is large and asymmetrical by adopting the cylindrical mirror in the prior art.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法
本專利技術(shù)涉及一種可調(diào)光學(xué)組件修正半導(dǎo)體激光器水平和垂直方向遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法，來提高光纖耦合效率的方法。具體涉及修正激光器發(fā)光區(qū)發(fā)散角不對稱來提高光纖耦合效率的方法。
技術(shù)介紹
半導(dǎo)體激光器的模式分為空間模和縱模(軸模)。空間模描述圍繞輸出光束軸線某處的光強分布，或者是空間幾何位置上的光強或光功率的分布，也稱遠(yuǎn)場分布;縱模則表示一種頻譜，它反映所發(fā)射的光束其功率在不同頻率或波長分量上的分布。二者都可能是單模或者出現(xiàn)多個模式(多模)。邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器具有非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而且在垂直于異質(zhì)結(jié)平面方向(稱橫向)和平行于結(jié)平面方向(稱側(cè)向)有不同的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和光場限制情況。半導(dǎo)體激光器由于有源層模截面的不對稱和很小的線度，其遠(yuǎn)場光斑既不對稱，又具有很大的光束發(fā)散角，這是因其發(fā)射區(qū)域小引起了衍射效應(yīng)所致。若有源區(qū)寬度較寬，則發(fā)光面上的光場(稱近場)在側(cè)向表現(xiàn)出多光絲，好似一些并行的發(fā)光絲，在遠(yuǎn)場的側(cè)向則有對應(yīng)的光強分布，同時多側(cè)模也影響與光纖高效率的耦合，側(cè)模的不穩(wěn)定性也影響出纖功率的穩(wěn)定性;不能將這種多側(cè)模的激光束聚焦成小的光斑。由于光束質(zhì)量反映的是激光的可匯聚性，直接影響到實際應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器發(fā)光區(qū)的幾何尺寸不對稱,所以其遠(yuǎn)場分布呈橢圓形。一直以來，半導(dǎo)體激光器的最大缺點之一是它較大的發(fā)散角，以及橢圓形出光光斑，導(dǎo)致較差的光束質(zhì)量。目前商業(yè)化的半導(dǎo)體激光器均采用全反射波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的激光諧振腔狹小，不對稱，導(dǎo)致快軸發(fā)散角高達(dá)30°-60°，慢軸發(fā)散角10°。在快軸方向(垂直于pn-，結(jié)方向)由于狹縫的作用，初射光束發(fā)生較強衍射，在遠(yuǎn)場形成較大的發(fā)散角;慢軸方向(平行于pn結(jié)-，方向)由于有源層截面在這方向上尺寸相對較大，所以衍射作用比較小，出射光束的發(fā)散角也較小。半導(dǎo)體激光器在快慢軸上的發(fā)散角不同，造成遠(yuǎn)場光強分布不對稱。在應(yīng)用過程中,半導(dǎo)體激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)特點使輸出光束的發(fā)散角很大,光強分布不對稱,其與結(jié)平面垂直方向的快軸方向近似為高斯光束,發(fā)散角θ較大約為40°,與結(jié)平面平行方向的慢軸方向為非高斯光束,發(fā)散角θ較小約為8°。準(zhǔn)確測量發(fā)散角這一參數(shù)對評價半導(dǎo)體激光器輸出光束質(zhì)量以及設(shè)計后端光耦合系統(tǒng)等有重要的參考價值。通常垂直方向發(fā)散角半角大于30°，水平方向10°左右，導(dǎo)致較低的光束質(zhì)量和較差的可聚焦性。雖然通過光學(xué)方法可改善并實現(xiàn)大功率直接半導(dǎo)體激光光源，但光源最終光束質(zhì)量仍將受限于單元器件光束質(zhì)量。大功率半導(dǎo)體激光器的矢量光場和標(biāo)量光場的光強分布有一定差異,光強誤差隨光波的傳輸距離的增加而減小,隨著垂直于pn結(jié)方向的坐標(biāo)的增大,誤差也增大。bar型半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場光斑隨著距離增加,光斑分別呈分離狀、開始交疊、甚至出現(xiàn)平頂。由于半導(dǎo)體激光器發(fā)光區(qū)幾何尺寸的不對稱，其遠(yuǎn)場呈橢圓狀，其長、短軸分別對應(yīng)于橫向與側(cè)向。在許多應(yīng)用中需用光學(xué)系統(tǒng)對這種非圓對稱的遠(yuǎn)場光斑進行圓化處理。半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場并非嚴(yán)格的高斯分布，有較大的在橫向和側(cè)向不對稱的光束發(fā)散角。半導(dǎo)體激光器有源層較薄，因而在橫向有較大的發(fā)散角θ。單模半導(dǎo)體激光器的有源層截面為狹長的矩形,有源層截面的不對稱決定了初射光束遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱.在垂直于pn結(jié)方向的快軸方向,由于狹縫的作用,初射光束發(fā)生較強衍射。半導(dǎo)體激光器高功率輸出條件下遠(yuǎn)場發(fā)散角控制直接決定器件的光束質(zhì)量。從整體上看，半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其遠(yuǎn)場光束嚴(yán)重不對稱。快軸方向可認(rèn)為是基模輸出，光束質(zhì)量好，但發(fā)散角大，快軸發(fā)散角的壓縮可有效降低快軸準(zhǔn)直鏡的孔徑要求。慢軸方向為多模輸出，光束質(zhì)量差，該方向發(fā)散角的減小直接提高器件光束質(zhì)量，是高光束半導(dǎo)體激光器研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點。在快軸發(fā)散角控制方面，如何兼顧快軸發(fā)散角和電光效率的問題一直是該領(lǐng)域研究熱點。在慢軸發(fā)散角控制方面，最近研究表明，除器件自身結(jié)構(gòu)外，驅(qū)動電流密度與熱效應(yīng)共同影響半導(dǎo)體激光器慢軸發(fā)散角的大小，即長腔長單元器件的慢軸發(fā)散角最易控制，而在陣列器件中，隨著填充因子的增大，發(fā)光單元之間熱串?dāng)_的加劇會導(dǎo)致慢軸發(fā)散角的增大。傳統(tǒng)修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的情況多采用柱面鏡，但是因為工藝限制，每一片激光器芯片的遠(yuǎn)場發(fā)散角差異都不一樣。實際生產(chǎn)中需要定制非常多面型的柱面鏡去匹配。這樣生產(chǎn)時不實際的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種針對光纖耦合效率高的修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法。本專利技術(shù)的上述目的可以通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法，其特征在于包括如下步驟：在半導(dǎo)體激光器非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場中，設(shè)置一對方向相反且鏡像對稱，可在10°～30°實時可調(diào)楔形棱鏡相對角度的光學(xué)組件無焦系統(tǒng)，在實際使用中，可根據(jù)每一片激光器芯片去調(diào)節(jié)調(diào)楔形棱鏡相對角度，改變光束入射到第二塊棱鏡斜面的角度，將多側(cè)模的激光束聚焦成圓整的光斑圓，匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱，使楔形沿棱鏡斜面方向的慢軸光束被擴大到半導(dǎo)體激光器軸模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)快軸一致的光路，經(jīng)過整形后的光斑圓通過透鏡耦合到光纖。本專利技術(shù)相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。耦合效率高。本專利技術(shù)采用一對方向相反且鏡像對稱，可在10°～30°實時可調(diào)楔形棱鏡相對角度的光學(xué)組件無焦系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)一對楔型棱鏡的角度，將多側(cè)模的激光束聚焦成圓整的光斑圓，匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱，使楔形沿棱鏡斜面方向的慢軸光束被擴大到半導(dǎo)體激光器軸模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)快軸一致的光路來實現(xiàn)對不同遠(yuǎn)場發(fā)散角光斑的圓整實現(xiàn)最大耦合效率。通過調(diào)節(jié)一對楔型棱鏡保證輸出光斑圓整性耦合到光纖，經(jīng)過整形后的光斑通過透鏡耦合到光纖的時候可以達(dá)到最大的耦合效率。經(jīng)過優(yōu)化兩塊棱鏡斜面角度棱鏡相對的角度，可以改變光束入射到第二塊棱鏡斜面的角度，產(chǎn)生圓對稱的光纖模場，使得慢軸光束產(chǎn)生不同的擴大率同時不影響快軸光束。而且在實際應(yīng)用中可以調(diào)節(jié)兩塊棱鏡的角度來精確匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱情況。例如經(jīng)過無焦系統(tǒng)之前的遠(yuǎn)場發(fā)散角分別是10°和30°。整形后兩個方向都成為30°使對光纖的耦合效率達(dá)到最大。從激光器的外圍光路角度徹底改變現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體激光器采用柱面鏡，導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器發(fā)散角大而不對稱的缺點，從而提高從芯片到光纖的耦合效率。附圖說明圖1是本專利技術(shù)設(shè)置在半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場中的一對可調(diào)棱鏡組示意圖。圖中：1第一塊棱鏡，2第二塊棱鏡，3波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場。具體實施方式參閱圖1。根據(jù)本專利技術(shù)，在邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器具有非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場3中，設(shè)置一對經(jīng)過光學(xué)設(shè)計的方向相反且鏡像對稱，可在10°～30°實時可調(diào)楔形棱鏡相對角度的光學(xué)組件無焦系統(tǒng)，在實際使用中，可根據(jù)每一片激光器芯片去調(diào)節(jié)無焦系統(tǒng)的可調(diào)楔形棱鏡的相對角度，改變光束入射到第二塊棱鏡2斜面的角度，將多側(cè)模的激光束聚焦成圓整的光斑圓，匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱，使楔形沿棱鏡斜面方向的慢軸光束被擴大到半導(dǎo)體激光器軸模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)快軸一致的光路，經(jīng)過整形后的光斑圓通過透鏡耦合到光纖。由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場擴散程度和入射到第二塊棱鏡2上光束的入射角正相關(guān)，光纖光束經(jīng)過第一塊棱鏡時，根據(jù)折射定律，可調(diào)楔形棱鏡光學(xué)組件的光束會在慢軸方向本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法，其特征在于包括如下步驟：在半導(dǎo)體激光器非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場中，設(shè)置一對方向相反且鏡像對稱，可在10°～30°實時可調(diào)楔形棱鏡相對角度的光學(xué)組件無焦系統(tǒng)，在實際使用中，可根據(jù)每一片激光器芯片去調(diào)節(jié)調(diào)楔形棱鏡相對角度，改變光束入射到第二塊棱鏡斜面的角度，將多側(cè)模的激光束聚焦成圓整的光斑圓，匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角的不對稱，使楔形沿棱鏡斜面方向的慢軸光束被擴大到半導(dǎo)體激光器軸模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)快軸一致的光路，經(jīng)過整形后的光斑圓通過透鏡耦合到光纖。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種修正半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場發(fā)散角不對稱的方法，其特征在于包括如下步驟：在半導(dǎo)體激光器非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)域的光場中，設(shè)置一對方向相反且鏡像對稱，可在10°～30°實時可調(diào)楔形棱鏡相對角度的光學(xué)組件無焦系統(tǒng)，在實際使用中，可根據(jù)每一片激光器芯片去調(diào)節(jié)調(diào)楔形棱鏡相對角度，改變光束入射到第二塊棱鏡斜面的角度，將多側(cè)模的激光束聚焦成圓整的光斑圓，匹配不同激光器遠(yuǎn)場發(fā)散...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許遠(yuǎn)忠，
申請(專利權(quán))人：成都光創(chuàng)聯(lián)科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51