本发明专利技术涉及具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。激光二极管（２０）发射具有像散的椭圆光。椭圆的长轴是光的快轴，椭圆的短轴是光的慢轴。准直透镜（３４）将慢轴光线准直。在准直透镜（３４）之后，柱透镜（３６）将非准直的快轴光线聚焦。被聚焦后的快轴光线发散并到达第二柱透镜（３８）。柱透镜（３８）将快轴光线准直。准直的慢轴光线不受这两个柱透镜的影响。通过适当地设计这两个柱透镜的焦距，快轴光的束腰基本等于慢轴光的束腰。柱透镜（３８）输出一个消像散的圆形准直光束。修正后的光束被输入到低反馈噪声光纤准直器（２８），得到具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤耦合激光二极管，特别涉及具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。
技术介绍
光纤耦合激光二极管使用光纤传导激光二极管发出的光。自激光二极管发出的光被引入光纤后，光纤耦合激光二极管即可方便地用在通讯和探测的光纤网络中。此外，光纤耦合激光二极管是一种适应性强的相干光源，亦可用于多种光学设备中，如生物医学设备、光盘系统、激光打印机及其它等。一个好的光纤耦合激光二极管必须提供高耦合效率，以获得最大的光纤光能输出，及低反馈噪声，以抑制输出光的频率及强度波动。为了获得激光二极管与单模光纤间的高耦合效率，即使通过光纤传输的光能输出最大化，激光二极管的光分布必须与光纤的模式匹配。(例如，见M.Saruwatari andK.Nawata，”Semiconductor laser to single-mode fiber coupler”，Applied Optics，Vol.18，1847-1856(1979)；M.Cote and R.R.Shannon，Optimization of waveguide coupling lenses withoptical design software”，Applied Optics，Vol.35，6179-6185(1996))单模光纤的模式是高斯分布。如果该光分布与光纤的模式不匹配，则只有部分的光进入光纤并在其中传播，这样从光纤输出的光能低。相反，如果光的分布与光纤的模式匹配，则全部的光会进入光纤并在其中传播，因而耦合效率可接近100％。换句话说，几乎所有从激光二极管发射出的光能可通过光纤中传播。从激光二极管发射出的光为具有像散的椭圆形高斯分布。因此，此发射光应修正为消像散的圆形高斯光束。在J.J.Snyder，“Cylindrical micro-optics”，Proceedings of SPIE，Vol.1992，235-246(1993)；S.Jutamulia，“Correction of laser diode beam using microlensoptics”，Optical Memory and Nural Networks，Vol.10，113-116(2001)；及Snyder的1993年的专利号为5,181,224的美国专利中介绍了一种使用微透镜对激光二极管发射出的光进行修正的方法。将激光二极管的光修正为消像散的圆形高斯光束后，使用一成像透镜将其聚焦于单模光纤的入口。修正后的高斯光束的束腰可通过调节微透镜至成像透镜的距离及成像透镜至光纤的距离进行改变，使之与光纤的模式匹配。已有技术使用微透镜的光纤耦合激光二极管如图1所示。从激光二极管20发射出的具有像散的椭圆光束被一微透镜22修正为一消像散的圆形高斯光束。接着修正后的光束被一成像透镜24聚焦到一单模光纤26上。尽管因该光分布与光纤的模式匹配，可期望得到高的耦合效率，但仍存在一严重的缺点，即高反馈噪声。这一点将在下面讨论。由于此反馈噪声会在输出光中产生频率及强度的波动，因而会极大地限制光纤耦合激光二极管的可用性。激光二极管是基于光放大效应的光发射装置。光通过激光二极管内部时被放大。与其他激光器类似，激光二极管有一谐振腔。此谐振腔有一个频率响应，而光放大效应有另一个频率响应。两种频率响应的重合区域决定受激频率(即受激光的频率)。如果没有光从谐振腔外进入激光二极管，则从激光二极管发射出的光具有稳定的强度和频率。但若有外部光从谐振腔外进入激光二极管，则此光也会被放大并会与谐振腔内产生的光相互作用，导致发射光频率及强度的波动。外部光包括从激光二极管发射出又被反射回激光二极管内的光。此反射部分大于发射光能量的10-6时即足够产生强度和频率的波动(W.Bludau and R.H.Rossberg，“Low-loss laser-to-fiber coupling with negligible opticalfeedback”，Journal of Lightwave Technology，Vol.LT-3，294-302(1985))。图1所示的已有技术光纤耦合激光二极管在强度和频率方面的强烈波动起因于以下两种反馈噪声源(1)从微透镜22的反射，这是因为它与激光二极管20太近(约30微米)；(2)从光纤26端面的反射，这是因为从光纤26端面的反射光被透镜24和微透镜22反向聚焦到激光二极管20中。消反(AR)膜仅可消除射入能量的约10-3，这不足以有效地抑制反馈噪声。为降低从光纤26端面进入激光二极管的反射，可使用具有角度的光纤(即光纤的端面磨成一个与光纤轴向不垂直的角度)。但是，这将显著地降低耦合系数，因为入射的光线在进入具有角度的光纤时将会在其端面被折射，因而将不再满足模式匹配的条件。仅从微透镜22消反膜的反射就足以产生强度和频率的波动。这种不希望有的波动限制了此种器件的应用。例如，强度的波动妨害了在光盘系统中的应用，而频率的波动有害于在激光二极管泵浦的固体激光器中的应用。为了使光纤耦合激光二极管兼具高耦合效率及低反馈噪声，可使用微透镜直接对光纤熔接的方法(W.Bludau and R.H.Rossberg，”Low-loss laser-to-fiber coupling withnegligible optical feedback”，Journal of Lightwave Technology，Vol.LT-3，294-302(1985))。尽管将微透镜置于距激光二极管100微米以外对光纤熔接，可使反馈噪声被压缩至10-7，但却不能获得高的耦合效率。耦合效率仅达到40％至70％之间。该微透镜是基于一种经验的方法，而没有经过精密的设计及加工。因此，此种微透镜存在严重的像差，耦合效率不可能高。此外，也不能大量生产。总之，图1所示按已有技术的光纤耦合激光二极管可提供高于90％的耦合效率(S.Jutamulia，”Optical communicationstechnology and economy”，Proceedings of the 2002International Conference on Opto-Electronics and Laser Applications，A-07-A-10(2002)ISBN979-8575-03-2)，但存在因反馈噪声产生的较大的强度和频率波动。另一方面，使用微透镜对光纤熔接的已有技术光纤耦合激光二极管可压缩反馈噪声，但耦合效率低(小于70％)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件，可以克服已有技术的缺点。本专利技术是改进的光纤耦合激光二极管器件，可提供消像散的圆形准直激光二极管光束并抑制消像散的圆形准直激光二极管输出光束的强度和频率波动。能够提供与光纤间的高耦合系数，可以获得最大的光纤光能输出及低反馈噪声。本专利技术使用和维护简单，生产成本低，可大规模地生产。本专利技术提供的一种激光二极管与单模光纤耦合的器件，包括(a)一个激光二极管发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直。(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于它包括：（ａ）一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直；（ｂ）一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的 激光二极管发射的所述的光线；（ｃ）一个第一柱透镜，将从所述的激光二极管发射的所述的光线通过所述的准直透镜聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散；（ｄ）一个第二柱透镜，将所述的光线被第一个柱透镜聚焦后发散的光 线准直，此处被所述的第二柱透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；（ｅ）一个低反馈噪声光纤准直器，用于接收被所述的第二柱透镜准直的上 述光线，此处所述的低反馈噪声光纤准直器的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；所述的激光二极管将以高耦合效率及低反馈噪声被耦合到具有所述的光纤准直器的单模光纤上。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：S朱塔莫利亚，
申请(专利权)人：S朱塔莫利亚，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。