基于柱面楔型折射率渐变光纤的耦合系统设计

摘要

随着光器件的飞速发展、半导体激光器的性能日益优越，光纤通信在通信行业所扮演的角色也越来越重要。作为光纤通信的主要光源，半导体激光器是光纤通信的核心器件，但是其发散角大且不对称导致的光束质量问题一直是个难题。半导体激光器与单模光纤的耦合，对于光纤通信的发展有着十分重要的意义。如何提高半导体激光器与单模光纤的耦合效率成为研究人员越来越关心的问题。
　　本文基于柱面楔型折射率渐变光纤（Cylindrical Wedge-shaped Graded Index Fiber,CWGIF）进行耦合系统的设计，主要研究内容可以概括如下：
　　（1）根据激光原理、应用光学、光纤光学知识，对CWGIF耦合系统进行理论分析，并通过计算给出耦合系统的初始结构参数的值。
　　（2）在ZEMAX软件中利用物理光学传播法（Physical Optics Propagation,POP）模块、编写自定义曲面方式分别建立半导体激光器模型和CWGIF耦合系统模型；在BeamPROP软件中利用其与ZEMAX连接对话、自定义多边形波导方式分别建立半导体激光器模型和CWGIF耦合系统模型。
　　（3）采用ZEMAX软件，对CWGIF耦合系统进行光斑优化，得到更小尺寸的光斑；利用BeamPROP软件精确的光束传播法（Beam Propagation Method，BPM）计算CWGIF耦合系统的耦合效率。
　　（4）通过改变半导体激光器与CWGIF不同方向的对准偏差，研究了CWGIF耦合系统的公差，并对结果进行分析。另外，研究了不同快慢轴光斑半径比情况下使用CWGIF耦合系统时耦合效率的变化，并分析了产生该变化原因。

目录

声明

1 绪论

1.1 半导体激光器及其耦合输出的研究背景

1.2 半导体激光器及其耦合输出的国内外研究进展

1.3 模拟方法简介

1.4 本文研究的主要内容

2 半导体激光器与单模光纤耦合的相关理论

2.1 半导体激光器

2.2 光纤结构、分类及损耗

2.3 半导体激光器与单模光纤的耦合

2.4 本章小结

3 CWGIF耦合系统的设计

3.1 基本理论分析

3.2 半导体激光器的模型建立

3.3 CWGIF耦合系统模型的建立

3.4 CWGIF耦合系统的优化及耦合效率的计算

3.5 本章小节

4 公差分析及相关拓展应用讨论

4.1 公差特性的讨论

4.2 不同xy方向光斑半径比值半导体激光器耦合情况的研究

4.3 本章小节

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 全文符号缩略表