激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

陆文龙; 郑煜; 赵文龙; 段吉安

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

陆文龙 , 郑煜 , 赵文龙 , 段吉安

文章导航 > 激光技术 > 2012 > 36(3): 338-341

引用本文:

Citation:

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

1.
中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙 410083;
2.
中南大学机电工程学院长沙 410083

作者简介: 陆文龙(1986- ),男,硕士研究生,主要研究方向为集成光电子器件封装..

通讯作者: 郑煜, zhengyu@csu.edu.cn ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(50975293)
中图分类号: TN256

Analysis coupling between a laser and a single—mode fiber with a ball lens based on Monte Carlo method

1.
State Key Laboratory of High Performance and Complex Manufacturing, Central South University, Changsha 410083, China;
2.
School of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China

Corresponding author: ZHENG Yu, zhengyu@csu.edu.cn ;

CLC number: TN256

摘要: 为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。
- 激光器 /
- 耦合效率分析 /
- 蒙特卡洛 /
- 球透镜耦合 /
- 封装
Abstract: In order to study effect of different parameters on coupling efficiency between a semiconductor laser and a single-mode fiber with a ball lens,its optical transmission model was established.Based on ABCD matrix and the coupling theory of Gaussian beam to a single-mode fiber,its coupling efficiency was calculated.The parameter tolerances were obtained when the coupling efficiency decreased 0.5dB and the ball lens was in 0.5mm radius.Combined with coupling efficiency calculation model,the coupling efficiency distribution was simulated with Monte Carlo method when the parameters met the normal distribution.The result shows that maximum efficiency reaches 0.616 and the maximum likely efficiency is 0.585.The efficiency improves significantly as the parameters' tolerances reduce by half.But further narrowing of tolerances can't enhance the efficiency obviously.The research approach is instructive for selection of alignment units and estimation of coupling efficiency in laser device package.
- lasers /
- coupling efficiency analysis /
- Monte Carlo /
- ball lens coupling /
- package

[1]	WILSON R G Ball-lens coupling efficiency for laser-diode to singlemode fiber:comparison of independent studies by distinct methods[J].Applied Optics,1998,37 (15):3201-3205.
[2]	ZHAO Y,LIP Sh,PU Zh B.Analysis on the coupling efficiency between semiconductor laser diode and single-modc fibers[J].Optical Technique,1999,11 (6):7-10 (in Chinese).
[3]	LU H,LIU A M.Rescarch on coupling efficiencies of ball lenses[J].Optical and Precision Engineering,2006,14 (3):386-390 (in Chinese).
[4]	FADHALI M,TOTO S,MUNAJAT Y,et al.Analysis of efficiency and misalignment tolerances in laser diode pigtailing using single ball lens[J].Journal of Applied Sciences Research,2007,3(12):1-10.
[5]	TRIGG G L.Mathematical tools for physicists[M].New York,USA:Wiley-VCH,2005:250-280.
[6]	BREEDIS J B.Monte Carlo tolerance analysis of a passively aligned silicon waferboard package[C]//Proceedings 51 st Electronic Components and Technology Conference (ECTC).Orlando,USA:IEEE,2001:247-254.
[7]	FUKUSHIMA T,HANDA Y I,MIYAHARA K.Design of optical coupling systems between two dimensional quasi-stadium laser diodes and single-mode optical fibers[J].Optical Review,2009,16 (5):540-547.
[8]	HUANG J,YANG H J.ABCD matrix model of quadric interfacelensed fiber and its application in coupling efficiency calculation[J].Optik,2010,121(6):531-534.
[9]	LIU H Zh,LIU L R,XU R W,et al.Application of optical matrix in semiconductor laser coupling[J].Acta Optica Sinica,2005,25 (6):826-827 (in Chinese).
[10]	SARUWATARI M,NAWATA K.Semiconductor laser to singlemode fiber coupler[J].Applied Optics,1979,18 (11):1847-1856.

[1]	万里冰 , 张博明 , 王殿富 , 武湛君 , 赵雪峰 , 周智 . 一种封装的光纤Bragg光栅应变传感器. 激光技术, 2002, 26(5): 385-387.
[2]	商继敏 , 朱伟 . 半导体激光器阵列耦合系统透镜导管的效率研究. 激光技术, 2011, 35(6): 824-827. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.027
[3]	张茂 , 任钢 , 刘文兵 , 夏惠军 , 刘全喜 , 钟鸣 . 透镜组耦合793nm LD抽运掺Tm3+光纤激光器. 激光技术, 2014, 38(3): 347-351. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.013
[4]	王卫宁 , 梁镜明 , 张存林 , 艾伦 , 戴福隆 . 全息干涉法在表面封装组件质量检测中的应用. 激光技术, 2000, 24(1): 15-20.
[5]	欧攀 , 闫平 , 巩马理 , 张春熹 . 双包层光纤激光器的熔接型侧面耦合器. 激光技术, 2008, 32(1): 8-10,22.
[6]	王聪 , 吕冬翔 . 外腔式双波长喇曼激光器的耦合波理论. 激光技术, 2023, 47(5): 579-586. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.05.001
[7]	罗广军 , 罗斌 , 潘炜 , 卢静 , 李建平 . 垂直耦合腔面发射激光器阈值特性研究. 激光技术, 2007, 31(6): 616-619.
[8]	雷呈强 , 汪岳峰 , 黄峰 , 侯军燕 , 贾文武 , 殷智勇 . 高功率全固态激光器抽运耦合技术进展. 激光技术, 2011, 35(6): 725-733. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.002
[9]	高清松 , 童立新 , 蒋建峰 , 唐淳 . 高功率二极管激光器面阵四通抽运耦合系统. 激光技术, 2005, 29(2): 135-137.
[10]	郭嘉伟 , 李彤 , 牛瑞华 , 薛亮平 , 李燕凌 , 王宏元 . Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析. 激光技术, 2011, 35(6): 761-764. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.010
[11]	邵橦 , 闫平 , 张海涛 , 巩马理 . CO2激光熔接型双包层光纤侧面抽运耦合器. 激光技术, 2010, 34(3): 367-369. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.023
[12]	龙润泽 , 张昆 , 张利明 , 赵鸿 . 反向保偏光纤耦合器偏振特性研究. 激光技术, 2023, 47(3): 413-418. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.020
[13]	丁建永 , 桂珞 , 彭波 , 韦玮 . 掺Nd3+玻璃微球阵列激光器的热学性能研究. 激光技术, 2014, 38(1): 17-20. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.01.004
[14]	吴羽 , 龙晓莉 , 焦中兴 , 何广源 , 张倩 . 热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计. 激光技术, 2015, 39(3): 377-380. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.021
[15]	盛大成 , 巩马理 , 柳强 , 李晨 . 角抽运板条固体激光器热效应的分析. 激光技术, 2006, 30(1): 86-89.
[16]	梅林 , 王英 , 王振佳 , 彭伟鸿 . 掺Yb3+双包层光纤激光器的暂态数值分析. 激光技术, 2006, 30(3): 225-227,231.
[17]	郭天华 , 汪岳峰 , 于广礼 . 光纤光栅外腔半导体激光器理论模型分析与选取. 激光技术, 2017, 41(2): 225-230. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.02.016
[18]	李发丹 , 尚卫东 , 孙建国 , 郭占斌 , 冯光 , 周晓军 , 秦祖军 . 6阶掺锗级联喇曼光纤激光器的数值模拟及分析. 激光技术, 2009, 33(4): 413-415,418. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.023
[19]	巩马理 , 王生利 , 柳强 , 黄磊 , 高松 , 张海涛 . LD角抽运Nd:YAG/YAG复合板条激光器热焦距分析. 激光技术, 2009, 33(4): 337-339,343. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.001
[20]	张静 , 曹志刚 , 徐峰 , 叶勇 , 张瑞珏 , 王保三 , 俞本立 . 谐波锁模光纤激光器脉冲振幅数值分析. 激光技术, 2009, 33(2): 169-171,190.

点击查看大图

计量

文章访问数: 3266
HTML全文浏览量: 518
PDF下载量: 458
被引次数: 0

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

通讯作者: 郑煜, zhengyu@csu.edu.cn;

作者简介: 陆文龙(1986- ),男,硕士研究生,主要研究方向为集成光电子器件封装.

1. 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙 410083;
2. 中南大学机电工程学院长沙 410083

收稿日期: 2011-09-26
录用日期: 2011-10-10
网络出版日期: 2012-05-25

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(50975293)

关键词:

摘要: 为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。