专利名称：具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤耦合激光二极管，特别涉及具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。
背景技术：
光纤耦合激光二极管使用光纤传导激光二极管发出的光。自激光二极管发出的光被引入光纤后，光纤耦合激光二极管即可方便地用在通讯和探测的光纤网络中。此外，光纤耦合激光二极管是一种适应性强的相干光源，亦可用于多种光学设备中，如生物医学设备、光盘系统、激光打印机及其它等。一个好的光纤耦合激光二极管必须提供高耦合效率，以获得最大的光纤光能输出，及低反馈噪声，以抑制输出光的频率及强度波动。
为了获得激光二极管与单模光纤间的高耦合效率，即使通过光纤传输的光能输出最大化，激光二极管的光分布必须与光纤的模式匹配。(例如，见M.Saruwatari andK.Nawata，”Semiconductor laser to single-mode fiber coupler”，Applied Optics，Vol.18，1847-1856(1979)；M.Cote and R.R.Shannon，Optimization of waveguide coupling lenses withoptical design software”，Applied Optics，Vol.35，6179-6185(1996))单模光纤的模式是高斯分布。如果该光分布与光纤的模式不匹配，则只有部分的光进入光纤并在其中传播，这样从光纤输出的光能低。相反，如果光的分布与光纤的模式匹配，则全部的光会进入光纤并在其中传播，因而耦合效率可接近100％。换句话说，几乎所有从激光二极管发射出的光能可通过光纤中传播。
从激光二极管发射出的光为具有像散的椭圆形高斯分布。因此，此发射光应修正为消像散的圆形高斯光束。在J.J.Snyder，“Cylindrical micro-optics”，Proceedings of SPIE，Vol.1992，235-246(1993)；S.Jutamulia，“Correction of laser diode beam using microlensoptics”，Optical Memory and Nural Networks，Vol.10，113-116(2001)；及Snyder的1993年的专利号为5,181,224的美国专利中介绍了一种使用微透镜对激光二极管发射出的光进行修正的方法。
将激光二极管的光修正为消像散的圆形高斯光束后，使用一成像透镜将其聚焦于单模光纤的入口。修正后的高斯光束的束腰可通过调节微透镜至成像透镜的距离及成像透镜至光纤的距离进行改变，使之与光纤的模式匹配。
已有技术使用微透镜的光纤耦合激光二极管如图1所示。从激光二极管20发射出的具有像散的椭圆光束被一微透镜22修正为一消像散的圆形高斯光束。接着修正后的光束被一成像透镜24聚焦到一单模光纤26上。
尽管因该光分布与光纤的模式匹配，可期望得到高的耦合效率，但仍存在一严重的缺点，即高反馈噪声。这一点将在下面讨论。由于此反馈噪声会在输出光中产生频率及强度的波动，因而会极大地限制光纤耦合激光二极管的可用性。
激光二极管是基于光放大效应的光发射装置。光通过激光二极管内部时被放大。与其他激光器类似，激光二极管有一谐振腔。此谐振腔有一个频率响应，而光放大效应有另一个频率响应。两种频率响应的重合区域决定受激频率(即受激光的频率)。如果没有光从谐振腔外进入激光二极管，则从激光二极管发射出的光具有稳定的强度和频率。但若有外部光从谐振腔外进入激光二极管，则此光也会被放大并会与谐振腔内产生的光相互作用，导致发射光频率及强度的波动。外部光包括从激光二极管发射出又被反射回激光二极管内的光。此反射部分大于发射光能量的10-6时即足够产生强度和频率的波动(W.Bludau and R.H.Rossberg，“Low-loss laser-to-fiber coupling with negligible opticalfeedback”，Journal of Lightwave Technology，Vol.LT-3，294-302(1985))。
图1所示的已有技术光纤耦合激光二极管在强度和频率方面的强烈波动起因于以下两种反馈噪声源(1)从微透镜22的反射，这是因为它与激光二极管20太近(约30微米)；(2)从光纤26端面的反射，这是因为从光纤26端面的反射光被透镜24和微透镜22反向聚焦到激光二极管20中。
消反(AR)膜仅可消除射入能量的约10-3，这不足以有效地抑制反馈噪声。为降低从光纤26端面进入激光二极管的反射，可使用具有角度的光纤(即光纤的端面磨成一个与光纤轴向不垂直的角度)。但是，这将显著地降低耦合系数，因为入射的光线在进入具有角度的光纤时将会在其端面被折射，因而将不再满足模式匹配的条件。仅从微透镜22消反膜的反射就足以产生强度和频率的波动。这种不希望有的波动限制了此种器件的应用。例如，强度的波动妨害了在光盘系统中的应用，而频率的波动有害于在激光二极管泵浦的固体激光器中的应用。
为了使光纤耦合激光二极管兼具高耦合效率及低反馈噪声，可使用微透镜直接对光纤熔接的方法(W.Bludau and R.H.Rossberg，”Low-loss laser-to-fiber coupling withnegligible optical feedback”，Journal of Lightwave Technology，Vol.LT-3，294-302(1985))。尽管将微透镜置于距激光二极管100微米以外对光纤熔接，可使反馈噪声被压缩至10-7，但却不能获得高的耦合效率。耦合效率仅达到40％至70％之间。该微透镜是基于一种经验的方法，而没有经过精密的设计及加工。因此，此种微透镜存在严重的像差，耦合效率不可能高。此外，也不能大量生产。
总之，图1所示按已有技术的光纤耦合激光二极管可提供高于90％的耦合效率(S.Jutamulia，”Optical communicationstechnology and economy”，Proceedings of the 2002International Conference on Opto-Electronics and Laser Applications，A-07-A-10(2002)ISBN979-8575-03-2)，但存在因反馈噪声产生的较大的强度和频率波动。另一方面，使用微透镜对光纤熔接的已有技术光纤耦合激光二极管可压缩反馈噪声，但耦合效率低(小于70％)。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件，可以克服已有技术的缺点。本发明是改进的光纤耦合激光二极管器件，可提供消像散的圆形准直激光二极管光束并抑制消像散的圆形准直激光二极管输出光束的强度和频率波动。能够提供与光纤间的高耦合系数，可以获得最大的光纤光能输出及低反馈噪声。本发明使用和维护简单，生产成本低，可大规模地生产。
本发明提供的一种激光二极管与单模光纤耦合的器件，包括(a)一个激光二极管发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直。
(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线。
(c)一个第一柱透镜，将从所述的激光二极管发射的所述的光线通过所述的准直透镜聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散。
(d)一个第二柱透镜，将所述的光线被第一个柱透镜聚焦后发散的光线准直，此处被所述的第二柱透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰。
(e)一个低反馈噪声光纤准直器，用于接收被所述的第二柱透镜准直的上述光线，此处所述的低反馈噪声光纤准直器的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰。
因此，所述的激光二极管将以高耦合效率及低反馈噪声被耦合到具有所述的光纤准直器的单模光纤上。
所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括一个C透镜和一个有角度的光纤；或一个GRIN透镜和一个有角度的光纤。
所述的有角度的光纤是一个单模光纤。
所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件中所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括熔接在一起的一个透镜和一个单模光纤。
本发明提供的一种激光二极管与单模光纤耦合的器件，包括(a)一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直。
(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线。
(c)一个柱透镜，包括一个第一正表面，用于将从所述的激光二极管发射的所述的光线，通过所述的准直透镜后，聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散，此外，一个第二正表面，在所述的光线被第一正表面聚焦后，将所述的发散光线准直，此处被所述的第二正表面准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰。
(d)一个低反馈噪声光纤准直器，用于接收被所述的柱透镜的所述的第二正表面准直的所述的光线，此处所述的低反馈噪声光纤准直器的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰。
借此，所述的激光二极管将以高耦合效率及低反馈噪声被耦合到具有所述的光纤准直器的单模光纤上。
所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括一个C透镜和一个有角度的光纤；或一个GRIN透镜和一个有角度的光纤。
所述的有角度的光纤是一个单模光纤。
所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件中所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括熔接在一起的一个透镜和一个单模光纤。
本发明提供的一种用于产生消像散的圆形准直激光二极管光束的器件，包括(a)一个激光二极管，发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直。
(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线。
(c)一个第一柱透镜，将从所述的激光二极管发射的所述的光线通过所述的准直透镜聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散。
(d)一个第二柱透镜，将所述的光线被第一个柱透镜聚焦后发散的光线准直，此处被所述的第二柱透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰。
因此，所述的第二柱透镜将会输出消像散的圆形准直激光二极管光束。
本发明提供的一种用于产生消像散的圆形准直激光二极管光束的器件，包括(a)一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直。
(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线。
(c)一个柱透镜包括一个第一正表面，用于将从所述的激光二极管发射的所述的光线，通过所述的准直透镜后，聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散，此外，一个第二正表面，在所述的光线被第一正表面聚焦后，将所述的发散光线准直，此处被所述的第二正表面准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰。
因此，所述的柱透镜将会输出消像散的圆形准直激光二极管光束。
本发明提供了一个带有准直透镜的激光二极管，附带一对柱透镜或一个双正(凸)面柱透镜，用于将具有像散的椭圆激光二极管输出光束修正为消像散的圆形准直光束。被修正后的光束可在激光二极管光束与单模光纤之间获得高的耦合效率。然后将该光束输入至一具有低反馈噪声的光纤准直器，得到具有高耦合效率和低反馈噪声的光纤耦合激光二极管。
本发明可以克服现有技术的缺点，它是一种既有高耦合效率又有低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。按已有技术制造的光纤耦合激光二极管只能或者具有高耦合效率，或者具有低反馈噪声，但不能兼而有之。按本发明如图3和图4所示的器件提供了一种适应性强的相干光源，它可容易地被安装到任何光学系统中，如生物医学设备、光谱仪、激光打印机、条形扫描仪、用于自由空间及光纤通讯的传感器、激光雷达等。
如图3和图4所示的器件亦可不加光纤准直透镜28，并产生一个消像散的圆形准直激光二极管光束。此无光纤准直器28的器件可用于光盘、激光打印机、条形扫描仪、自由空间光通讯、激光雷达、及需要准直激光束的其他应用中。该器件还可取代传统激光器，如氦氖激光器及氩离子激光器等。
此外，本发明的光纤耦合激光二极管器件还具有其他的优点它可使用现成的售品或常规生产的订购品；它降低了耦合从激光二极管到光纤准直器的准直光束时的校准要求。
尽管以上的描述包括了很多特性，但这不应被理解为限制了本发明的范围，而只是提供了一些目前本发明最佳的实施方式和本发明应用的说明。例如，准直透镜34可完美地准直快轴光线而不是慢轴光线。而后的一对柱透镜36和38或柱透镜40准直慢轴光线，并将慢轴光线的束腰扩大至与快轴光线的束腰基本相同。另一个例子是激光二极管20可被一个发光二极管(LED)取代。
本发明可以获得最大的光纤光能输出及低反馈噪声。本发明使用和维护简单，生产成本低，可大规模生产。
本发明的实质性特点和显著效果可以从下述的实施例得以体现，但它们不是对本发明作任何限制。
图1为已有技术使用微透镜的光纤耦合激光二极管示意图。
图2为已有技术使用有角度光纤的低反馈噪声光纤准直器示意图。
图3A为本发明在快轴平面使用一对柱透镜的光纤耦合激光二极管示意图。
图3B为本发明在慢轴平面使用一对柱透镜的光纤耦合激光二极管示意图。
图4A为本发明在快轴平面使用一个双正面柱透镜的光纤耦合激光二极管示意图。
图4B为本发明在慢轴平面使用一个双正面柱透镜的光纤耦合激光二极管示意图。
具体实施例方式
如图所示20激光二极管 22微透镜24成像透镜 26单模光纤28低反馈噪声光纤准直器 30有角度的透镜32有角度的光纤 34准直透镜36第一个柱透镜 38第二个柱透镜40柱透镜 42第一个柱形正表面44第二个柱形正表面。
图2所示为一低反馈噪声光纤准直器。一入射光束被一有角度的透镜30聚焦到一有角度的单模光纤32的入口端。该有角度的光纤32的入口端被磨成一与光纤轴向不垂直的角度(故称为有角度的光纤)以避免从光纤端面的反射光再通过同一透镜30。透镜30相应地被磨成一与透镜轴向不垂直的角度，以校正有角度光纤32的端面造成的折射(折曲光线)。这可保证模式匹配条件以获得最大耦合效率。有角度的光纤32将不会造成损失，因为由有角度的光纤32造成的折射会被由有角度的透镜30所校正。有角度的透镜30可以是一个被称为C透镜的玻璃透镜或一个折射率渐变(GRIN)透镜。这类低反馈噪声光纤准直器可从中国的Koncent Communication Inc.(康顺光通讯公司)(www.koncent.com)买到。
另一方面，可通过将透镜30熔接到光纤32上来防止从一个平(无角度的)光纤端面反射的光线。在这种情况下，它们仅为一个平透镜和一个平单模光纤。透镜和光纤用相同的材料制成。此类低反馈噪声光纤准直器可从Florida(美国佛罗里达)的LightPathTechnologies(光程技术公司)(www.light.net或www.lightpath.com)买到。
如果激光从另一端输入有角度的光纤32，则从有角度的透镜30会输出一个园形准直高斯光束。园形准直高斯光束的束腰称为光纤准直器的束腰。一对光纤准直器一般用于对一个光学网络进行光输出或输入。
图3A和3B图示的为本发明使用一对柱透镜的光纤耦合激光二极管的最佳的实施例，它从激光二极管出射的光一般具有椭圆截面。例如，波长为375至1550纳米波长，功率为2至10毫瓦的激光二极管可从Arkansas(美国阿克萨斯州)的Power Technology(功率技术)公司(www.powertechnology.com)及New Jersey(美国新泽西州)的Thorlabs(萨拉博斯)公司买到。椭圆的长轴称为光的快轴，椭圆的短轴称为光的慢轴。快轴与慢轴互相垂直。此外，由于在快慢轴上的发射点不同，因而激光二极管是有像散的。快轴光源在激光二极管的出射面上(图3A)，而慢轴光源实际上是在激光二极管的内部(图3B)。两个光源之间的距离称为激光二极管的像散。
图3A和3B分别图示了快轴及慢轴平面。首先，一个准直透镜34将从激光二极管20发射的光线准直。准直透镜34与激光二极管20间的距离大于100微米。这样，只有小于10-7的发射光线将会被准直透镜34反射后从新进入激光二极管20。此可忽略的反馈噪声将不会在输出光中产生任何强度和频率波动。
准直透镜34将慢轴光线完美地准直(图3B)。通过使用一个具有合适的焦距的准直透镜，慢轴光线的束腰可与一个低反馈噪声光纤准直器28的束腰匹配。由于光源在光轴上，一个非球面透镜可被用于准直从激光二极管20发出的发散光而不会带来任何新的畸变。也可用一个消色差的透镜来代替上述非球面透镜。尽管一个消色差透镜的效果要比一个非球面透镜的效果差些，但同时一个消色差透镜的价格也比一个非球面透镜的价格低。但是，由于光线是像散的，所以当慢轴光线被准直透镜34完美地准直时，快轴光线不会被正确地准直(图3A)。
图3A图示了光线在快轴平面的传播。第一个柱透镜36将准直透镜34输出的快轴光线聚焦。接着被聚焦的快轴光线发散并到达第二个柱透镜38。柱透镜38具有的焦距恰好可将快轴光线准直并产生一个新快轴束腰，该束腰大体与慢轴束腰相等。第二个柱透镜38的这个合适的焦距可应用透镜设计软件，如加利福尼亚州ZEMAX Development(吉玛克斯发展)公司的Zemax(www.zemax.com)来计算或确定。此焦距取决于椭圆光束的比率(快轴束腰除以慢轴束腰)，光束的像散，以及第一个柱透镜36的焦距。因此，从第二个柱透镜38输出的是一个消像散的园形准直光线。
为了使柱透镜36及38产生的新畸变降到最小，它们必须是非球面柱透镜或消色差柱透镜。非球面柱透镜可以是双凸面双曲柱透镜或平面-双曲面柱透镜即可。另一方面，一个由表面为柱-球(园)状的两个透镜单元构成的消色差柱透镜的加工更容易些。
从第二个柱透镜38输出的消像散的园形准直光线进入低反馈噪声光纤准直器28。准直透镜34使其束腰与光纤准直器28的束腰恰好匹配。因此，从激光二极管20发射的光线最终可以高耦合效率及低反馈噪声被输入到有角度的光纤32(单模光纤)中。光纤准直器28可以是一个C透镜，一个折射率渐变(GRIN)透镜，或一个熔接透镜型的光纤准直器，或任何一种新型的低反馈噪声光纤准直器。
图3B图示了光线在慢轴平面的传播。准直透镜34将慢轴光线准直。由于此光线是准直的并与柱透镜36及38的表面垂直，因此不会受到这两个柱透镜的影响。
在图3A和3B所示的光纤耦合激光二极管中，在到达光纤准直器28前，快轴光线翻转了180°，而慢轴光线没有翻转。但由于光束具有圆形高斯分布，因此翻转的光束仍然与光纤的模式匹配。
图4A和4B为本发明使用柱透镜的光纤耦合激光二极管的最佳的实施例，该柱透镜的厚度相当于或大于其截面尺度。柱透镜40的作用与柱透镜组合(36和38)的作用相似。因此，柱透镜40可以代替柱透镜组合(36和38)。图4A图示了光线在快轴平面的传播。第一个柱形正(凸)表面42与第一个柱透镜36的作用相同，第二个柱形正(凸)表面44与第二个柱透镜38的作用相同。这两个柱形正(凸)表面42和表面44均为非球面，最好为简单的柱形双曲面。表面42和表面44也可以是柱-球(园)表面带有附加的柱-球(园)透镜单元，如前述的消色散柱透镜。
一个具有一负(凹)表面和一正(凸)表面(与两面均为正表面相反)的柱透镜，已作为一个微透镜或一个小型透镜在J.J.Snyder的“Cylinderical micro-optics”，Proceedings of SPIE，Vol.1992，235-246(1993)文中，及在Snyder的1993年5181224号及1996年5553174号的美国专利中作了介绍。这种具有负表面和正表面的柱透镜的主要优点是其透镜厚度小于具有两个正表面的柱透镜的厚度。但是，实际上在通常的透镜研磨工艺过程中，此柱形负表面不可能被制成非球面。因此，在此表面上会引进新的球差。
为了尽可能地降低此负表面引进的球差，在正表面的挠度方程(透镜表面方程)中包括了较高阶的系数，这使得设计及研磨工艺过程变得复杂和困难，并相应地增加了成本。任何残留的像差都会降低激光二极管和单模光纤间的耦合系数。
与此相反，在图4A和4B中所示的光纤耦合激光二极管中，柱透镜的两个正双曲表面的挠度方程中不包括较高阶的系数，或消色差的柱面。此表面的设计容易，亦可用通常的透镜研磨工艺过程进行加工。由于两个表面均为非球面或消色差的，不会或只会引进可忽略的球差，因而可获得激光二极管和单模光纤间的高耦合系数。
使用如图4A和4B中所示的两个正表面产生一个翻转光束。该光束在快轴翻转180°，但在慢轴不翻转。不过，由于光束具有圆形高斯分布，因而翻转前后的光束看起来是相同的。由于已有技术的器件不对光束产生翻转(J.J.Snyder，“Cylindrical micro-optics，”Proceedings of SPIE，Vol.1992，235-246(1993)；U.S.Patents Nos.5,181,224(1993)and 5,553,174(1996)both to Snyder)，因而必须使用一个难于加工的负表面。
将准直透镜与一对柱透镜或表面结合可容易地形成一个在快轴和慢轴具有不同光功率的光学器件。在Yamamoto的1988年4915484号及Morris等人的2000年6075650号的美国专利中介绍了一种专用透镜，该透镜有两个不同的复曲面。此复曲面在快轴和慢轴具有不同光功率。X轴半径(Rx)不同于Y轴半径(Ry)的表面就是复曲面的一例。一个复曲面透镜不可能用一般的研磨工艺过程制成。与此相反，本发明的光纤耦合激光二极管使用一个准直透镜和一对柱透镜或一个具有两个正表面的柱透镜。这些都可容易地使用常规工艺过程进行加工。
按本发明也可使用不加光纤准直器28的如图3和图4所示的器件。此无光纤准直器28的器件可产生一个消像散的圆形准直激光二极管光束，用于光盘、激光打印机、条形扫描仪、自由空间光通讯、激光雷达、及需要准直激光束的其他应用中。
权利要求
1.一种激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于它包括(a)一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直；(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线；(c)一个第一柱透镜，将从所述的激光二极管发射的所述的光线通过所述的准直透镜聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散；(d)一个第二柱透镜，将所述的光线被第一个柱透镜聚焦后发散的光线准直，此处被所述的第二柱透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；(e)一个低反馈噪声光纤准直器，用于接收被所述的第二柱透镜准直的上述光线，此处所述的低反馈噪声光纤准直器的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；所述的激光二极管将以高耦合效率及低反馈噪声被耦合到具有所述的光纤准直器的单模光纤上。
2.根据权利要求1所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括一个C透镜和一个有角度的光纤；或一个GRIN透镜和一个有角度的光纤。
3.根据权利要求2所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于所述的有角度的光纤是一个单模光纤。
4.根据权利要求1所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括熔接在一起的一个透镜和一个单模光纤。
5.一种激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于它包括(a)一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直；(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线；(c)一个柱透镜包括一个第一正表面，用于将从所述的激光二极管发射的所述的光线，通过所述的准直透镜后，聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散，此外，一个第二正表面，在所述的光线被第一正表面聚焦后，将所述的发散光线准直，此处被所述的第二正表面准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；(d)一个低反馈噪声光纤准直器，用于接收被所述的柱透镜的所述的第二正表面准直的所述的光线，此处所述的低反馈噪声光纤准直器的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；所述的激光二极管将以高耦合效率及低反馈噪声被耦合到具有所述的光纤准直器的单模光纤上。
6.根据权利要求5所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括一个C透镜和一个有角度的光纤；或一个GRIN透镜和一个有角度的光纤。
7.根据权利要求6所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于所述的有角度的光纤是一个单模光纤。
8.根据权利要求5所述的激光二极管与单模光纤耦合的器件，其特征在于所述的低反馈噪声光纤准直器的器件包括熔接在一起的一个透镜和一个单模光纤。
9.一种用于产生消像散的圆形准直激光二极管光束的器件，其特征在于它包括(a)一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直；(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线；(c)一个第一柱透镜，将从所述的激光二极管发射的所述的光线通过所述的准直透镜聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散；(d)一个第二柱透镜，将所述的光线被第一个柱透镜聚焦后发散的光线准直，此处被所述的第二柱透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；所述的第二柱透镜将会输出消像散的圆形准直激光二极管光束。
10.一种用于产生消像散的圆形准直激光二极管光束的器件，其特征在于它包括(a)一个激光二极管，用于发射具有像散的椭圆光束，其椭圆的长轴为快轴，椭圆的短轴为慢轴，所述的快轴与慢轴互相垂直；(b)一个准直透镜，用于在其中一个所述的轴上准直从所述的激光二极管发射的所述的光线；(c)一个柱透镜，包括一个第一正表面，用于将从所述的激光二极管发射的所述的光线，通过所述的准直透镜后，聚焦到所述的两个轴的另一个上，此处所述的光线被聚焦后发散，此外，一个第二正表面，在所述的光线被第一正表面聚焦后，将所述的发散光线准直，此处被所述的第二正表面准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的另一个轴上的束腰基本等于被所述的准直透镜准直的所述的光线在所述的两个轴中的所述的一个轴上的束腰；所述的柱透镜将会输出消像散的圆形准直激光二极管光束。
全文摘要
本发明涉及具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。激光二极管(20)发射具有像散的椭圆光。椭圆的长轴是光的快轴，椭圆的短轴是光的慢轴。准直透镜(34)将慢轴光线准直。在准直透镜(34)之后，柱透镜(36)将非准直的快轴光线聚焦。被聚焦后的快轴光线发散并到达第二柱透镜(38)。柱透镜(38)将快轴光线准直。准直的慢轴光线不受这两个柱透镜的影响。通过适当地设计这两个柱透镜的焦距，快轴光的束腰基本等于慢轴光的束腰。柱透镜(38)输出一个消像散的圆形准直光束。修正后的光束被输入到低反馈噪声光纤准直器(28)，得到具有高耦合效率及低反馈噪声的光纤耦合激光二极管器件。
文档编号G02B6/42GK1540382SQ20041004801
公开日2004年10月27日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月24日
发明者S·朱塔莫利亚, S 朱塔莫利亚 申请人:S·朱塔莫利亚, S 朱塔莫利亚