zemax光纤耦合效率

设计前的准备

Zemax公司感谢Suss MicroOptics SA公司的Reinhard Voelkel博士提供本文使用到的实验数据。

我们同时提供本文的的日文版本

本文描述了一种商用的光纤耦合器，系统使用SUSS MicroOptics FC-Q-250微透镜阵列来耦合两根康宁（Corning）SMF-28e光纤。如下图所示：

供应商提供的上述元件的参数如下：单模光纤，康宁SMF-28e 数值孔径 0.14 纤芯直径 8.3μm

模场直径@1.31μm 9.2±0.4μm

微透镜阵列，SUSS MicroOptics SMO39920 基片材料 熔融石英 基片厚度 0.9mm 内部透过率 >0.99 透镜直径 240μm 透镜节距 250μm

曲率半径 330μm

圆锥常数（Conic constant） 0 数值孔径 0.17

附件中的文件single mode coupler.zmx 是整个系统的Zemax文件。请注意一下几点：

物面到透镜的距离和透镜到像面的距离设定为0.1mm，是因为这比较接近实际情况。后面经过优化过程时候，这个尺寸还会发生变化；

透镜到像面的距离使用了Pick-up solve，以确保和

如何在Zemax下模拟单模光纤的光束耦合

设计前的准备

Zemax公司感谢Suss MicroOptics SA公司的Reinhard Voelkel博士提供本文使用到的实验数据。 我们同时提供本文的的日文版本

本文描述了一种商用的光纤耦合器，系统使用SUSS MicroOptics FC-Q-250微透镜阵列来耦合两根康宁（Corning）SMF-28e光纤。如下图所示：

供应商提供的上述元件的参数如下：单模光纤，康宁SMF-28e

数值孔径 0.14 纤芯直径 8.3μm

模场直径@1.31μm 9.2±0.4μm

微透镜阵列，SUSS MicroOptics SMO39920

基片材料 熔融石英 基片厚度 0.9mm 内部透过率 >0.99 透镜直径 240μm 透镜节距 250μm 曲率半径 330μm

圆锥常数（Conic constant） 0 数值孔径 0.17

附件中的文件single mode coupler.zmx 是整个系统的Zemax文件。请注意一下几点：

物面到透镜的距离和透镜到像面的距离设定为0.1mm，是因为这比较接近实际情况。后面经过优化过程时候，这个尺寸还会发生变化； 透镜到像面的距离使用了P

（19）中华人民共和国国家知识产权局

（12）发明专利申请

（10）申请公布号

CN102023343A

（43）申请公布日 2011.04.20（21）申请号CN200910307274.4

（22）申请日2009.09.18

（71）申请人鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司

地址518109 广东省深圳市宝安区龙华镇油松第十工业区东环二路2号

（72）发明人林俊宇

（74）专利代理机构

代理人

（51）Int.CI

G02B6/38;

权利要求说明书说明书幅图

（54）发明名称

光纤耦合连接器

（57）摘要

一种光纤耦合连接器，其包括外壳和设置

在所述外壳上的透镜，所述外壳具有盲孔和贯穿

所述盲孔的通孔，所述通孔的中心轴垂直所述盲

孔的中心轴，所述透镜位于所述盲孔的底端，所

述盲孔用来收容光纤，所述通孔内沿其径向设置

有肋条用于加强所述外壳的强度。

法律状态

976nm单管高功率光纤耦合模块

摘 要

随着光纤激光器在工业领域的快速发展，对高功率，高亮度泵浦模块提出迫切要求。单管光纤耦合模块作为泵浦源在光纤激光器系统中具有独一无二的优势，因为它们具有高的功率转换效率和已经被证明的高可靠性，并且无需复杂水冷设备，使得整个系统的使用和维护成本大大降低。

本文首先确定了耦合所用激光器芯片及光束特性。为使芯片具有高功率密度、高可靠性，从芯片材料结构、芯片腔面工艺方面进行了相关研究。在对激光器光束特性进行分析的基础上，提出减小激光器发散角的一些措施。

根据光纤中光线传播理论，设计了耦合所用光纤微透镜参数，通过光学软件对耦合光路进行仿真，得到单管耦合到芯径105μm，数值孔径NA=0.22光纤的理论耦合效率达93%以上（未镀增透膜）。根据仿真结果，对C-mount封装的976nm激光器和所设计的光纤进行耦合试验，得到90μm条宽激光器与光纤的耦合效率大于90%，100μm条宽激光器与光纤的耦合效率接近80%，证明所设计的光纤微透镜能够使激光器实现高的耦合效率，有较好的实用性。

为使耦合模块封装更可靠，尺寸更小，采用COS（Chip on Sub mount）的封装形式。封装过程中，采用Ansys仿

976nm单管高功率光纤耦合模块

摘 要

随着光纤激光器在工业领域的快速发展，对高功率，高亮度泵浦模块提出迫切要求。单管光纤耦合模块作为泵浦源在光纤激光器系统中具有独一无二的优势，因为它们具有高的功率转换效率和已经被证明的高可靠性，并且无需复杂水冷设备，使得整个系统的使用和维护成本大大降低。

本文首先确定了耦合所用激光器芯片及光束特性。为使芯片具有高功率密度、高可靠性，从芯片材料结构、芯片腔面工艺方面进行了相关研究。在对激光器光束特性进行分析的基础上，提出减小激光器发散角的一些措施。

根据光纤中光线传播理论，设计了耦合所用光纤微透镜参数，通过光学软件对耦合光路进行仿真，得到单管耦合到芯径105μm，数值孔径NA=0.22光纤的理论耦合效率达93%以上（未镀增透膜）。根据仿真结果，对C-mount封装的976nm激光器和所设计的光纤进行耦合试验，得到90μm条宽激光器与光纤的耦合效率大于90%，100μm条宽激光器与光纤的耦合效率接近80%，证明所设计的光纤微透镜能够使激光器实现高的耦合效率，有较好的实用性。

为使耦合模块封装更可靠，尺寸更小，采用COS（Chip on Sub mount）的封装形式。封装过程中，采用Ansys仿

LD耦合模拟演示

版本：1.0 作者：徐白 时间：2015-5-9

目录

第一章 绪论 ........................................................................................................ 3 第二章 半导体激光与光纤耦合的理论 ................................................................... 4

2.1 半导体激光器输出光束特性...................................................................... 4 2.2 光纤的基本理论 ...................................................................................... 5 2.3 光纤耦合条件 ...............................................................................

基于MATLAB的2×2光纤定向耦合器设计

1 设计原理

1.1 单模光纤的传导场

如图1，光纤的横截面有三层介质，分别是是芯层、包层和涂层，芯层折射率n1稍大于包层折射率n2，导波光由于全反射背包层约束在芯层中沿光纤延伸方向传播。假设光的传播方向为光纤中心轴方向。

图1 阶跃光纤横截面结构图

为简化讨论，只考虑基模的耦合。已知光纤中传导场表达式为

E(x,y,z,t)?a?z??e?x,y??ei?z?ei?t （1-1）

其中，a?z?为光纤中导波光场的场振幅，e?x,y?为光纤中导波光场的场分布，?为基模场的传播常数，?为角频率。

某时刻在光纤中的传导场的空间分布就与a?z?，e?x,y?和?为相关。

1.1.1 单模光纤的场分布

当给定波导（即光纤）的边界条件时，求解波导场方程可得本征解及相应的本征值?，即模式。模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。单模光纤中只能存在基模，其场分布是确定的，可由亥姆霍兹方程求得。在弱导光纤中的电磁波，其横向场分量Et、Ht远大于纵向场分量Ez、Hz ，而且横向场分量是线偏振的。于是我们把电场的横向分量取为y轴方向，即Et=Ey。

亥姆霍兹方程为

?Ey?k0n?r?Ey

摘 要

当今社会是信息社会，而信息时代的一个主要特征是信息，信息源及信息的获取、传递、处理等能力在信息技术支持下高速发展。其中信息传递技术即通信技术的飞速发展，不仅改变了人类的生产和生活方式，还对全球的政治、经济、军事领域产生强烈的冲击。

本文以数字通信技术为基础，完成了一路经过DPL编码的语音信号和两路8位数字信号的传输。在设计中，以巴克码为传输信号的帧头，将三路含有信息的信号同巴克码组成四路信号，同步时分复用后，成为一路32位的串行码，经过CMI码编码，再通过光纤通道来进行有效的传输，以实现最好的传输效果。系统采用专用编码芯片对信号进行编码； 通过同步时分复用的方式实现信号的复用传输，设计并调试了具体的电路，最后对语音信号和数字信号传输中的各项指标进行了测试，通过实验，证明了方案的正确性和可行性。

在简介语言和技术等相关知识的基础之上，本文还重点研究了基于的数字复用系统的设计思想及其模型的建立，并通过软件MaxplusⅡ编程、调试和波形仿真，最后下载到目标芯片中实现。另外还介绍了相关的硬件电路的设计与调试。

关键词：；时分复用；光纤； ；同步设计

Abstract

Today’s society is the inform

大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告

1．前言

近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。

由于单管半导体激光器（LD）的输出功率受限于数瓦量级，远不能满足高功率光纤激光器泵浦源的要求，要获得更大输出功率须采用具有多个发光单元的激光二极管阵列（LD Array）。按照结构形式的不同，激光二极管阵列分为线阵列（LD Bar）和面阵列（LD Stack），分别如图1(a)和(b)所示，其中LD Bar的输出功率一般在数十瓦至百瓦量级，而LD Stack的输出功率一般在数百瓦乃至上千瓦。无论是单管LD还是LD Array，由其固有结构特点决定了半导体激光器具有光束发散角较大，输出光束光斑不对称，亮度不高等问题，给作为高功率光纤激光器泵浦源的实际应用带来很大困难和不便。一个较好的解决方法是将半导体激光耦合进光

zemax基本操作要点

（1）镜头参数输入：在zemax中，对镜头参数输入有如下约定：

1）透镜表面个数（面数） 2）符号规则：

曲率半径r：如曲率中心位于镜片表面右侧，则曲率半径为正；反之为负

厚度d：如下一表面位于当前表面的右侧，则两表面之间的厚度为正；否则为负 (2)Gen(General Lens Data 通用)

这个按钮用于调用系统数据对话框，它用来定义作为整个系统的公共数据，而不是仅仅与单个面有关的数据。常用的选项有以下几个：

1)Aperture(孔径) 系统孔径表示在光轴上通过系统的光束大小。要设置系统孔径，需要定义系统孔径类型和系统孔径值。

Aperture Type： Entrance Pupil Diameter(入瞳直径) Image Space F/#(像空间F/#)

Object Space Numerical Aperture(物空间数值孔径) Float By Stop Size(随光阑浮动) Paraxial Working F/#(近轴工作F/#) Object Cone Angle(物方锥角