半导体激光器与单模光纤耦合效率优化研究

"该文主要探讨了半导体激光器与单模光纤之间的耦合技术，特别是通过球透镜实现高效耦合的研究。文章介绍了半导体激光器在光纤通信中的应用背景，尤其是InGaAsP双异质结激光器在长距离高速传输系统中的作用。由于激光器的像散问题，耦合效率成为关键问题。文中提到了两种主要的耦合技术：使用小型或微型光学元件的耦合系统，以及在光纤端面制作微透镜的耦合系统。其中，球透镜因其简易制造和易于调整的优势被广泛采用，尽管存在球差导致的效率降低。文章建立了激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型，并运用Huygens-Fresnel原理分析了光束特性，计算了发散角和束腰半径。通过高斯光束与单模光纤耦合理论及ABCD矩阵理论，作者进行了耦合效率的分析，找出了最佳耦合工艺参数和影响效率的参数容忍度，对于实际的半导体激光器与单模光纤的耦合封装具有指导意义。" 文章深入研究了半导体激光器与单模光纤耦合的关键问题，特别是针对激光器的像散特性，讨论了如何最大化将激光功率耦合进单模光纤中。InGaAsP双异质结激光器因其在1.3μm和1.5μm波段的低损耗特性，成为长距离通信的理想选择。然而，激光器的光束发散角不均匀性使得耦合效率成为一个挑战。为了克服这个问题，研究者提出了各种耦合技术，如利用小型光学元件或光纤端面的微透镜。 文章重点介绍了球透镜耦合方法，虽然球透镜存在球差，但其圆对称性使得调整和制造相对简单，因此在实际应用中非常常见。通过建立数学模型，利用Huygens-Fresnel原理分析了激光光束的传播特性，包括远场发散角和束腰尺寸，这有助于理解耦合过程。同时，借助高斯光束理论和ABCD矩阵理论，研究者评估了耦合效率，确定了最佳的耦合条件和参数范围，这对于提高耦合效率和优化封装工艺具有实际价值。 该文提供了一种理论与实践相结合的方法，对半导体激光器与单模光纤的耦合进行了全面研究，对于光纤通信领域的工程设计和技术改进具有重要的参考价值。