在許多應用中，將激光二極管的輸出耦合到光纖中以將光傳輸?shù)叫枰牡胤绞呛芊奖愕?。光纖耦合（也稱為光纖集成或光纖尾纖）二極管激光器有幾個優(yōu)點：

• 從光纖發(fā)出的光具有圓形、平滑（均勻化）的強度分布和對稱光束質量，在許多情況下非常方便。例如，為端面泵浦固體激光器產生圓形泵浦光斑需要不太復雜的光學器件。

• 可以將激光二極管連同其冷卻裝置一起拆下，例如從固態(tài)激光頭上拆下，固態(tài)激光頭可以更緊湊，并在此處為其他零件留出更多空間。

• 有缺陷的光纖耦合二極管激光器可以很容易地更換，而無需改變使用光的設備的對齊方式。

• 光纖耦合器件可以很容易地與其他光纖組件組合。

光纖耦合半導體激光器，二極管激光器模塊

光纖耦合二極管激光器的類型

許多二極管激光器以光纖耦合形式出售，在激光器封裝中內置了堅固的光纖耦合光學器件（例如，永久性激光焊接光纖附件）。不同的二極管激光器使用的光纖和技術有很大不同：

最簡單的情況是 VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器），它通常發(fā)出光束質量高、光束發(fā)散度適中、無像散和圓形強度分布的光束。一個簡單的球面透鏡足以用于成像的發(fā)射點到芯一個的單模光纖。耦合效率可以達到 70-80% 的數(shù)量級。也可以將光纖直接耦合（對接）到 VCSEL 的發(fā)射表面。

小型邊緣發(fā)射激光二極管也以單空間模式發(fā)射，因此原則上也允許與單模光纖有效耦合。然而，如果使用簡單的球面透鏡，耦合效率會因光束的橢圓度而顯著降低。此外，光束發(fā)散角在至少一個方向上相對較高，需要具有相對較高數(shù)值孔徑的透鏡。另一個問題是二極管輸出的像散，特別是增益導引二極管；這可以通過額外的弱柱面透鏡來補償。輸出功率高達幾百毫瓦，光纖耦合增益引導 LD 可用于泵浦等摻鉺光纖放大器。

簡單的光纖耦合低功率邊發(fā)射激光二極管的示意圖設置。球面透鏡（或可能是雙透鏡）用于將激光二極管面成像到光纖芯。光束橢圓度和像散會降低耦合效率。

廣域激光二極管在發(fā)射器的長方向上是空間多模的。如果用圓柱透鏡（如光纖透鏡，見圖3）簡單地塑造圓光束，然后發(fā)射到多模光纖中，由于無法利用快軸方向的高光束質量，許多亮度（輻射度）將丟失。例如，1 W的功率可發(fā)射到芯徑為50μm、數(shù)值孔徑（NA）為0.12的多模光纖中。這足以泵浦低功率體激光器，例如微芯片激光器。即使發(fā)射功率為10 W也是可能的。

簡單的光纖耦合廣域激光二極管的示意圖設置。光纖透鏡用于在快軸方向準直光束。

一種改進的廣域激光器技術是基于在發(fā)射前對光束進行整形以獲得對稱光束質量（而不僅僅是對稱光束半徑）。這允許更高的亮度。

對于二極管條（二極管陣列），光束質量不對稱的問題更加嚴重。這里，單個發(fā)射器的輸出可以耦合到光纖束的單獨光纖中。光纖在二極管條的一側以線性陣列排列，但在輸出端以圓形陣列排列?；蛘?，在發(fā)射到單個多模光纖之前，可以使用某種光束整形器來使光束質量對稱。這可以通過例如兩鏡光束整形器或一些微光學元件來完成。例如，可以將 30 W 耦合到纖芯直徑為 200-μm（甚至 100-μm）且 NA 為 0.22 的光纖中。這種裝置可用于例如泵送Nd:YAG或Nd:YVO 4激光器，輸出功率約為 15 W。

對于二極管堆棧，使用芯直徑更大的光纖。例如，可以將數(shù)百瓦（甚至幾千瓦）的光功率耦合到纖芯直徑為 600 微米且 NA = 0.22 的光纖中。

光纖耦合的缺點

與自由空間發(fā)射激光器相比，光纖耦合二極管激光器的一些潛在缺點是：

• 成本更高。然而，這可能會被更簡單的光束處理和交付所帶來的節(jié)省所抵消。

• 輸出功率略有降低，更重要的是亮度（radiance）。亮度損失可能很大（超過一個數(shù)量級）或相當小，這取決于光纖耦合技術。在一些情況下，這可能不是問題，但是在其他情況下，它介紹了顯著挑戰(zhàn)例如用于設計一個的二極管泵浦 散裝激光或高功率光纖激光器。

• 在大多數(shù)情況下（尤其是多模光纖），光纖不是保偏的。光纖輸出通常會被部分偏振，當光纖移動或溫度變化時，偏振狀態(tài)會發(fā)生變化。當泵浦吸收與偏振相關時（例如在Nd:YVO 4 中），這會導致二極管泵浦固態(tài)激光器的嚴重穩(wěn)定性問題。

也可能無法獲得每個光波長的光纖耦合激光二極管產品。

光纖輸出光束質量

光纖輸出的光束質量通常沒有規(guī)定；在許多情況下，只有纖芯直徑和數(shù)值孔徑(NA) 是已知的，并且假設是階躍折射率 多模光纖。在這種情況下，沒有公式可以精確計算光束質量，因為它取決于光纖模式上的光功率分布，而這種分布本身取決于發(fā)射條件。然而，光束質量M 2因子可以粗略估計，假設功率在模式上分布良好，因此數(shù)值孔徑代表了對實際光束發(fā)散角的合理估計（可能略高）。這導致等式Μ2≈(πα/λ)ΝΑ,其中a是光纖纖芯半徑（即纖芯直徑的一半）。如果光主要以低階引導光纖模式發(fā)射，光束質量也可以顯著提高，但可能會因光纖的強烈彎曲而降低。

Frankfurt Laser激光二極管

德國Frankfurt Laser Company（以下簡稱“FLC”）成立于1994年，從事于研發(fā)，生產和銷售FP, DBR 和DBR激光二極管，可單獨編址的SM和大面積激光二極管陣列，垂直腔面發(fā)射激光器和量子級聯(lián)激光器，并將它們集成到激光二極管模塊，光纖耦合，二極管泵浦固體倍頻激光器和OEM模塊中。其產品覆蓋了266nm到12μm波長范圍和5mW到750W功率范圍。FLC供應波長范圍從650nm到3300nm SLDs 和1.6μm 到 4μm的中紅外LEDs.為了豐富產品線，F(xiàn)LC還提供SMT激光二極管驅動，光學準直器，光學直線發(fā)生器，半導體激光頭和激光帽以及激光二極管芯片。20多年來，F(xiàn)LC通過國際銷售網絡服務于歐洲及世界各地的激光公司。Frankfurt Laser有能力為各種高要求的激光應用領域如，航天，工業(yè)和醫(yī)療方面提供支持與服務。