[發明專利]一種應用于半導體發光器件的單偏振光纖微透鏡制作方法

有效

• 申請號: 201711310576.8
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107991737B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 高亞明;龐璐;王東波;韓志輝;趙國曉;李瑞辰;于陶然;羅瑞芳;梁小紅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: G02B6/25
• 分類號: G02B6/25;G02B6/42
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

本發明公開了一種應用于半導體發光器件的單偏振光纖微透鏡制作方法。單偏振光纖微透鏡為非幾何全方位對稱的結構，用于與半導體發光器件進行光學對軸耦合，實現主偏振光能量耦合；在與半導體發光器件進行對軸耦合之前，分別對單偏振光纖的端面進行研磨。通過將單偏振光纖端面加工成微透鏡形式，并保證其光學慢軸與半導體發光器件的主偏振光相平行，從而實現線偏振光最大效率的對軸耦合輸出。采用本發明制作的單偏振光纖微透鏡，不僅可以提高組件的集成度、對準容忍度、光學起偏質量、可靠性，而且可以降低成本，使得工程化生產變得更為簡單。

技術領域

本發明涉及光纖與半導體發光器件耦合的光纖組件，尤其是涉及一種應用于半導體發光器件的單偏振光纖微透鏡制作方法。

背景技術

半導體發光器件（半導體光源和激光器）與光纖組成的耦合組件，在光纖通信和放大、大功率激光器及其傳輸、傳感以及醫學等領域都具有重要應用，如光端機、光纖放大器、光學傳感器、光纖激光器、醫學檢測等。傳統的半導體發光器件與光纖的耦合方式是在它們之間使用分立光學器件進行聚光和準直，對半導體發光器件的出射光束進行整形準直后耦合入光纖。由于采用了分立的光學元件，使得激光在耦合過程中的損耗加大，制約了耦合效率的提高；而且分立元件的使用也使得器件的對準容忍度降低，從而使得裝配校準的成本提高；同時，使用獨立光學元件不僅提高了整體耦合組件的成本，而且人們還要進行費勁的調節準直光路，既麻煩、費時費力、降低了工作效率，又提高了產品成本。

相對于分立光學耦合透鏡而言，半導體發光器件與光纖微透鏡直接耦合更具有應用前景，因為組件具有耦合損耗小、性價比高、可靠性高、且與后續光纖系統接入方便等優勢。目前單模光纖與半導體發光器件直接耦合輸出，光纖的端面微透鏡形式有楔形、斜面形、雙曲面形、四角錐形、端面球形、端面半球形、端面斜球形、錐形、錐端球面形、熱膨脹芯擴束形等。

無論哪種耦合方式，目的都是通過光纖端頭微透鏡對半導體發光器件發出的光場進行整形 ,使光纖的入射光場與光纖本征光場分布達到最大可能的匹配。

現在的半導體發光器件有傳統的體材料型、量子阱型和量子級聯型（QCL）等多種，它們大部分都是TE模偏振光輸出，設計人員通過在半導體器件設計上的改變，可以使其占輸出功率90%左右的偏振光的偏振方向為X或Y方向（也可以是與X軸成Φ角度的其它方向）。如果人們用單模光纖微透鏡與發光器件進行耦合，但由于單模光纖內存在模間耦合的問題，會使得單模光纖輸出光的偏振性能逐步退化，輸出偏振光特性越傳越差，最終使得該半導體光纖組件不能實現良好的線偏振光輸出。

目前人們考慮的光纖與半導體發光器件相互耦合的問題都只停留在提高光能量耦合的效率上，在現實科研和生產中，人們需要使用線偏振光輸出的光源和激光，因此，人們就不得不在半導體發光器件尾纖后面再額外加入一個光學起偏器件，一般是塊體材料型的，因此會帶來光路準直等問題，非常麻煩。

發明內容

鑒于上述現有技術存在的問題和缺陷，針對目前市場上對半導體發光器件光纖尾纖輸出線偏振光的需求，本發明提供一種應用于半導體發光器件的單偏振光纖微透鏡制作方法。本發明的目的是希望與半導體發光器件耦合的光纖本身就是偏振器，這不僅可以提高組件的集成度、對準容忍度、光學起偏質量、可靠性，而且可以降低成本，使得工程化生產變得更為簡單。

針對目前市場上對半導體發光器件光纖尾纖輸出線偏振光的需求，我們提出了本發明：用單偏振光纖微透鏡與半導體發光器件進行對軸耦合輸出，這里有兩個耦合：一個是光能量耦合，另一個是偏振光耦合；該單偏振光纖微透鏡是非幾何全方位對稱結構的單偏振光纖微透鏡，如楔形、斜面形、雙曲面形、四角錐形等，它們既存在光能量耦合調整問題，也存在偏振光耦合調整問題；在實際工作中，非幾何全方位對稱的單偏振光纖微透鏡需要定軸研磨和定軸耦合；總之，通過將單偏振光纖端面加工成微透鏡形式，并保證其光學慢軸與半導體發光器件的主偏振光相平行，從而實現線偏振光最大效率的對軸耦合輸出。