修正半导体激光器远场发散角不对称的方法技术

本发明专利技术公开的一种修正半导体激光器远场发散角不对称的方法，旨在提供一种耦合效率高的方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在半导体激光器非圆对称的波导结构发射区域的光场中，设置一对方向相反且镜像对称，可在10°～30°实时可调楔形棱镜相对角度的光学组件无焦系统，在实际使用中，可根据每一片激光器芯片去调节调楔形棱镜相对角度，改变光束入射到第二块棱镜斜面的角度，将多侧模的激光束聚焦成圆整的光斑圆，匹配不同激光器远场发散角的不对称，使楔形沿棱镜斜面方向的慢轴光束被扩大到半导体激光器轴模波导结构快轴一致的光路，经过整形后的光斑圆通过透镜耦合到光纤。解决了现有技术采用柱面镜，导致激光器发散角大而不对称的缺点。

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.

【技术实现步骤摘要】
修正半导体激光器远场发散角不对称的方法
本专利技术涉及一种可调光学组件修正半导体激光器水平和垂直方向远场发散角不对称的方法，来提高光纤耦合效率的方法。具体涉及修正激光器发光区发散角不对称来提高光纤耦合效率的方法。
技术介绍
半导体激光器的模式分为空间模和纵模(轴模)。空间模描述围绕输出光束轴线某处的光强分布，或者是空间几何位置上的光强或光功率的分布，也称远场分布;纵模则表示一种频谱，它反映所发射的光束其功率在不同频率或波长分量上的分布。二者都可能是单模或者出现多个模式(多模)。边发射半导体激光器具有非圆对称的波导结构，而且在垂直于异质结平面方向(称横向)和平行于结平面方向(称侧向)有不同的波导结构和光场限制情况。半导体激光器由于有源层模截面的不对称和很小的线度，其远场光斑既不对称，又具有很大的光束发散角，这是因其发射区域小引起了衍射效应所致。若有源区宽度较宽，则发光面上的光场(称近场)在侧向表现出多光丝，好似一些并行的发光丝，在远场的侧向则有对应的光强分布，同时多侧模也影响与光纤高效率的耦合，侧模的不稳定性也影响出纤功率的稳定性;不能将这种多侧模的激光束聚焦成小的光斑。由于光束质量反映的是激光的可汇聚性，直接影响到实际应用。半导体激光器发光区的几何尺寸不对称,所以其远场分布呈椭圆形。一直以来，半导体激光器的最大缺点之一是它较大的发散角，以及椭圆形出光光斑，导致较差的光束质量。目前商业化的半导体激光器均采用全反射波导结构，该结构的激光谐振腔狭小，不对称，导致快轴发散角高达30°-60°，慢轴发散角10°。在快轴方向(垂直于pn-，结方向)由于狭缝的作用，初射光束发生较强衍射，在远场形成较大的发散角;慢轴方向(平行于pn结-，方向)由于有源层截面在这方向上尺寸相对较大，所以衍射作用比较小，出射光束的发散角也较小。半导体激光器在快慢轴上的发散角不同，造成远场光强分布不对称。在应用过程中,半导体激光器的波导结构特点使输出光束的发散角很大,光强分布不对称,其与结平面垂直方向的快轴方向近似为高斯光束,发散角θ较大约为40°,与结平面平行方向的慢轴方向为非高斯光束,发散角θ较小约为8°。准确测量发散角这一参数对评价半导体激光器输出光束质量以及设计后端光耦合系统等有重要的参考价值。通常垂直方向发散角半角大于30°，水平方向10°左右，导致较低的光束质量和较差的可聚焦性。虽然通过光学方法可改善并实现大功率直接半导体激光光源，但光源最终光束质量仍将受限于单元器件光束质量。大功率半导体激光器的矢量光场和标量光场的光强分布有一定差异,光强误差随光波的传输距离的增加而减小,随着垂直于pn结方向的坐标的增大,误差也增大。bar型半导体激光器的远场光斑随着距离增加,光斑分别呈分离状、开始交叠、甚至出现平顶。由于半导体激光器发光区几何尺寸的不对称，其远场呈椭圆状，其长、短轴分别对应于横向与侧向。在许多应用中需用光学系统对这种非圆对称的远场光斑进行圆化处理。半导体激光器的远场并非严格的高斯分布，有较大的在横向和侧向不对称的光束发散角。半导体激光器有源层较薄，因而在横向有较大的发散角θ。单模半导体激光器的有源层截面为狭长的矩形,有源层截面的不对称决定了初射光束远场发散角的不对称.在垂直于pn结方向的快轴方向,由于狭缝的作用,初射光束发生较强衍射。半导体激光器高功率输出条件下远场发散角控制直接决定器件的光束质量。从整体上看，半导体激光器波导结构导致其远场光束严重不对称。快轴方向可认为是基模输出，光束质量好，但发散角大，快轴发散角的压缩可有效降低快轴准直镜的孔径要求。慢轴方向为多模输出，光束质量差，该方向发散角的减小直接提高器件光束质量，是高光束半导体激光器研究领域关注的焦点。在快轴发散角控制方面，如何兼顾快轴发散角和电光效率的问题一直是该领域研究热点。在慢轴发散角控制方面，最近研究表明，除器件自身结构外，驱动电流密度与热效应共同影响半导体激光器慢轴发散角的大小，即长腔长单元器件的慢轴发散角最易控制，而在阵列器件中，随着填充因子的增大，发光单元之间热串扰的加剧会导致慢轴发散角的增大。传统修正半导体激光器远场发散角不对称的情况多采用柱面镜，但是因为工艺限制，每一片激光器芯片的远场发散角差异都不一样。实际生产中需要定制非常多面型的柱面镜去匹配。这样生产时不实际的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种针对光纤耦合效率高的修正半导体激光器远场发散角不对称的方法。本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案予以实现。一种修正半导体激光器远场发散角不对称的方法，其特征在于包括如下步骤：在半导体激光器非圆对称的波导结构发射区域的光场中，设置一对方向相反且镜像对称，可在10°～30°实时可调楔形棱镜相对角度的光学组件无焦系统，在实际使用中，可根据每一片激光器芯片去调节调楔形棱镜相对角度，改变光束入射到第二块棱镜斜面的角度，将多侧模的激光束聚焦成圆整的光斑圆，匹配不同激光器远场发散角的不对称，使楔形沿棱镜斜面方向的慢轴光束被扩大到半导体激光器轴模波导结构快轴一致的光路，经过整形后的光斑圆通过透镜耦合到光纤。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。耦合效率高。本专利技术采用一对方向相反且镜像对称，可在10°～30°实时可调楔形棱镜相对角度的光学组件无焦系统，通过调节一对楔型棱镜的角度，将多侧模的激光束聚焦成圆整的光斑圆，匹配不同激光器远场发散角的不对称，使楔形沿棱镜斜面方向的慢轴光束被扩大到半导体激光器轴模波导结构快轴一致的光路来实现对不同远场发散角光斑的圆整实现最大耦合效率。通过调节一对楔型棱镜保证输出光斑圆整性耦合到光纤，经过整形后的光斑通过透镜耦合到光纤的时候可以达到最大的耦合效率。经过优化两块棱镜斜面角度棱镜相对的角度，可以改变光束入射到第二块棱镜斜面的角度，产生圆对称的光纤模场，使得慢轴光束产生不同的扩大率同时不影响快轴光束。而且在实际应用中可以调节两块棱镜的角度来精确匹配不同激光器远场发散角的不对称情况。例如经过无焦系统之前的远场发散角分别是10°和30°。整形后两个方向都成为30°使对光纤的耦合效率达到最大。从激光器的外围光路角度彻底改变现有技术半导体激光器采用柱面镜，导致半导体激光器发散角大而不对称的缺点，从而提高从芯片到光纤的耦合效率。附图说明图1是本专利技术设置在半导体激光器波导结构发射区域的光场中的一对可调棱镜组示意图。图中：1第一块棱镜，2第二块棱镜，3波导结构发射区域的光场。具体实施方式参阅图1。根据本专利技术，在边发射半导体激光器具有非圆对称的波导结构发射区域的光场3中，设置一对经过光学设计的方向相反且镜像对称，可在10°～30°实时可调楔形棱镜相对角度的光学组件无焦系统，在实际使用中，可根据每一片激光器芯片去调节无焦系统的可调楔形棱镜的相对角度，改变光束入射到第二块棱镜2斜面的角度，将多侧模的激光束聚焦成圆整的光斑圆，匹配不同激光器远场发散角的不对称，使楔形沿棱镜斜面方向的慢轴光束被扩大到半导体激光器轴模波导结构快轴一致的光路，经过整形后的光斑圆通过透镜耦合到光纤。由于波导结构发射区域的光场扩散程度和入射到第二块棱镜2上光束的入射角正相关，光纤光束经过第一块棱镜时，根据折射定律，可调楔形棱镜光学组件的光束会在慢轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种修正半导体激光器远场发散角不对称的方法，其特征在于包括如下步骤：在半导体激光器非圆对称的波导结构发射区域的光场中，设置一对方向相反且镜像对称，可在10°～30°实时可调楔形棱镜相对角度的光学组件无焦系统，在实际使用中，可根据每一片激光器芯片去调节调楔形棱镜相对角度，改变光束入射到第二块棱镜斜面的角度，将多侧模的激光束聚焦成圆整的光斑圆，匹配不同激光器远场发散角的不对称，使楔形沿棱镜斜面方向的慢轴光束被扩大到半导体激光器轴模波导结构快轴一致的光路，经过整形后的光斑圆通过透镜耦合到光纤。

【技术特征摘要】
1.一种修正半导体激光器远场发散角不对称的方法，其特征在于包括如下步骤：在半导体激光器非圆对称的波导结构发射区域的光场中，设置一对方向相反且镜像对称，可在10°～30°实时可调楔形棱镜相对角度的光学组件无焦系统，在实际使用中，可根据每一片激光器芯片去调节调楔形棱镜相对角度，改变光束入射到第二块棱镜斜面的角度，将多侧模的激光束聚焦成圆整的光斑圆，匹配不同激光器远场发散...

【专利技术属性】
技术研发人员：许远忠，
申请(专利权)人：成都光创联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51