專利名稱：用于半導(dǎo)體激光器耦合光纖的復(fù)合透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器與光纖耦合領(lǐng)域，是指一種可對半導(dǎo)體激光器出射激光 進行有效光束整形使之能高效與光纖實現(xiàn)耦合的透鏡裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器與光纖之間的耦合問題一直是光通信領(lǐng)域的重要課題。由于常用 半導(dǎo)體激光器在垂直PN結(jié)方向與平行PN結(jié)方向具有不同的遠場發(fā)散角，輸出光場通常具 有較高的橢圓度，并且在傳輸過程中場的相位具有曲面波前，而作為傳輸信號載體的光纖， 其纖芯為圓形，通常芯徑較小，并且傳輸光場具有平面波前，因而半導(dǎo)體激光器的遠場特性 與光纖的模場之間存在較大的差別(如

圖1所示)，直接耦合會帶來較大的損耗，因此耦合 問題一直是該領(lǐng)域的一個難點。除此以外，在半導(dǎo)體激光器的實際應(yīng)用中，常要求引入平行 結(jié)平面內(nèi)的側(cè)向?qū)б龣C制以實現(xiàn)高效耦合和高頻調(diào)制下的穩(wěn)定工作，“增益導(dǎo)引”是其中應(yīng) 用最為廣泛的一種側(cè)向?qū)б龣C制，其原理是通過控制平行PN結(jié)平面內(nèi)的光增益分布實現(xiàn) 對側(cè)向光場的約束，在這種情況下，對于增益導(dǎo)引型的半導(dǎo)體激光器而言，由于其在垂直PN 結(jié)方向與平行PN結(jié)方向?qū)す獾募s束機制不同，因而使得其近場位置處(光場出射面，也 是半導(dǎo)體激光器解理面)的波前變化并不一致，光束沿縱向傳播時表現(xiàn)出朝向軸心的“增 益聚焦”現(xiàn)象，因此導(dǎo)致激射光場的波前變得彎曲。如果從半導(dǎo)體激光器外部來觀察，在平 行PN結(jié)方向，光束束腰不在解理面上，而在解理面以內(nèi)，常稱為“虛光腰”。由于只在平行PN 結(jié)方向存在“虛光腰”現(xiàn)象，而垂直PN結(jié)方向并不存在此類問題，因此整體的出射光束是有 像散(Astigmatism)的，兩垂直方向束腰間的縱向距離即像散大小(如圖2所示)。像散的 存在同樣也是影響半導(dǎo)體激光器與光纖實現(xiàn)有效耦合的因素之一。為解決半導(dǎo)體激光器與光纖的模場匹配問題，人們曾經(jīng)提出過多種不同方案，比 較有代表性的方案包括模場轉(zhuǎn)換器、微透鏡光纖。模場轉(zhuǎn)換器即通過對半導(dǎo)體激光器的結(jié) 構(gòu)進行修正(MSC:mode size converters)，從而實現(xiàn)改變其輸出光場的橢圓分布特性，使 之輸出與光纖的模場更為接近，以此提高兩者之間的耦合效率。整合模場轉(zhuǎn)換器之后的半 導(dǎo)體激光器通常能獲得很好的光束特性，先后有多種類型的結(jié)構(gòu)見諸報道，并取得了與光 纖不錯的耦合效果。不過，由于整合MSC的半導(dǎo)體激光器制作過程比較復(fù)雜，常需要特殊的 材料生長工藝、高精度的光刻與刻蝕技術(shù)才能實現(xiàn)，同時其成品率與器件穩(wěn)定性都比較低， 因此并不能實用化。微透鏡光纖是通過直接在光纖端頭加工微透鏡的方式實現(xiàn)對輸入光束 的整形，該方法操作簡單，易于掌握，能達到不錯的耦合效果，不過微透鏡光纖有一明顯的 缺陷，即該法下半導(dǎo)體激光器與光纖之間的優(yōu)化間距很小，通常在幾個微米之內(nèi)，如此小的 間距常使得整個光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)試十分困難，而且小的耦合間距勢必帶來小的間距容差，不 利于實際使用。綜上所述，設(shè)計一種能對半導(dǎo)體激光器輸出光束進行有效控制并能消除其像散影 響、且具有大間距容差的光學(xué)系統(tǒng)，對半導(dǎo)體激光器與光纖的高效耦合而言是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了半導(dǎo)體激光器與光纖之間因光場不匹配及由于半導(dǎo)體 出射光束的大像散等問題所引發(fā)的耦合困難，提供一種能夠較大程度改善輸出光束質(zhì)量、 消除像散影響、具有大間距容差與耦合效率、結(jié)構(gòu)簡單、工作性能穩(wěn)定、使用范圍廣的半導(dǎo) 體激光器與光纖耦合裝置。本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。該復(fù)合透鏡放置于半導(dǎo)體激光器與光纖之間，復(fù)合 透鏡由三部分組成，入射部分及中間部分均為柱透鏡、出射部分為球透鏡，入射部分的柱透 鏡軸線與中間部分的柱透鏡軸線相交且垂直，且入射部分的柱透鏡所在柱面母線方向與半 導(dǎo)體激光器平行PN結(jié)方向保持一致，與入射部分柱透鏡母線相垂直的方向和半導(dǎo)體激光 器垂直PN結(jié)方向保持一致。半導(dǎo)體激光器束腰中心與入射部分柱透鏡的最左端的間距1滿足下式
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體激光器耦合光纖的復(fù)合透鏡，其特征在于該復(fù)合透鏡放置于半導(dǎo) 體激光器與光纖之間，復(fù)合透鏡由三部分組成，入射部分及中間部分均為柱透鏡、出射部分 為球透鏡，入射部分的柱透鏡軸線與中間部分的柱透鏡軸線相交且垂直，且入射部分的柱 透鏡所在柱面母線方向與半導(dǎo)體激光器平行PN結(jié)方向保持一致，與入射部分柱透鏡母線 相垂直的方向和半導(dǎo)體激光器垂直PN結(jié)方向保持一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于半導(dǎo)體激光器耦合光纖的復(fù)合透鏡，其特征在于 半導(dǎo)體激光器束腰中心與入射部分柱透鏡的最左端的間距1滿足下式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于半導(dǎo)體激光器耦合光纖的復(fù)合透鏡，其特征在于 經(jīng)復(fù)合透鏡整形與匯聚后得到的束腰位于光纖入射面處的圓高斯光束的束腰Qci與球透鏡 的球面半徑民滿足下式
全文摘要
本發(fā)明公開了用于半導(dǎo)體激光器耦合光纖的復(fù)合透鏡，屬于半導(dǎo)體激光器與光纖耦合領(lǐng)域。該裝置為一復(fù)合透鏡，復(fù)合透鏡放置于半導(dǎo)體激光器與光纖之間，復(fù)合透鏡由三部分組成，入射部分及中間部分均為柱透鏡、出射部分為球透鏡，入射部分的柱透鏡軸線與中間部分的柱透鏡軸線相交且垂直，且入射部分的柱透鏡所在柱面母線方向與半導(dǎo)體激光器平行PN結(jié)方向保持一致，與入射部分柱透鏡母線相垂直的方向與半導(dǎo)體激光器垂直PN結(jié)方向保持一致。該復(fù)合透鏡有效解決了半導(dǎo)體激光器遠場橢圓光場分布與光纖模場的不匹配問題，同時具有很強的消像散能力，并且可提供較大的耦合間距容差。該耦合裝置兼具集成度高、制作簡易、調(diào)試方便、耦合效率高等多種優(yōu)點。
文檔編號G02B3/00GK102116881SQ201110053440
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者馮亭, 劉鵬, 延鳳平, 彭萬敬, 李琦, 陶沛琳 申請人:北京交通大學(xué)