基于ZEMAX研究微球透镜的耦合效率(2)
2、半导体激光器的光束特性
半导体激光器的输出光场分布可以分别用远场和近场特性来描述。近场分布特性指在激光出射面临近的激光光束特性 。远场分布特性是指距激光出射面一定距离 的光束空间分布。
半导体激光器与固体及气体激光器相比，其发射光束发散角较大，并且呈不对称分布，有其独特的远场分布特性。在快轴方向，由于狭缝的作用，出射光束发生较强衍射，在远场形成较大的发散角， 的典型值在30o—40o；慢轴方向，由于有源层截面在这一方向上尺寸相对较大，所以衍射作用比较小，出射光束在这一方向上的发射角也比较小， 一般为10o。由于半导体激光器在慢轴上的发散角不同，造成远场光强分布不对称，呈椭圆光锥分布，如图1所示，其中X方向为快轴方向，Y方向为慢轴方向。
图1 半导体光源
半导体激光器发出的激光光束并非球面波或者平面波，而是一种基摸高斯光束，可以用二文高斯分布近似来表示。假设从半导体激光器发出的光束束腰位于半导体激光器端面，如图所示，从半导体激光器端面发出的光场可以写成：
（1）
其中，x1，y1 分别为平行于快轴和慢轴的坐标轴，w0x、w0y分别为在激光器端面快轴方向和慢轴方向上的束腰半径。
图2 半导体激光器出射光束的近、远场图像
半导体激光器光束的特点是振幅分布为高斯函数，光束有象散、不对称、高发散等空间特性，光束截面呈椭圆形。
3、光纤传输特性
在半导体激光器系统应用中，光纤耦合方法在很大范围内被加以采用。这主要是由其自身的优点所决定的：光纤的输出为圆形分布，易与振荡光场模式匹配；可以实现多个半导体激光器同时进行泵浦，提高了输出功率与效率；增加了系统的灵活性。目前有关半导体激光器光纤耦合技术的研究，在国内外均己经取得一定的成果。
3.1光纤的构成、分类及损耗
光纤是约束并引导光波沿其轴线传播的介质圆柱光波导，主要有两部分组成：(1)内层介质材料称为纤芯，其折射率为 ；(2)外层介质称为包层，其折射率为 ， 。图8为光纤结构示意图。
图3 光纤结构示意图
按照不同的分类标准，光纤可以分为以下几类：
1．按照折射率分布分类，可以分为阶跃型折射率光纤和梯度型折射率光纤：阶跃型折射率光纤的纤芯折射率是均匀的，在纤芯与包层的界面有一个折射率突变(阶跃)；梯度型折射率光纤的纤芯折射率作为从光纤中心向外的径向距离的函数而渐变，与阶跃型多模光纤相比，梯度型折射率光纤的模间色散更小。
2．按传输模式数量分类，可以分为单模光纤和多模光纤：单模光纤是指归一化频率矿值小于2．405的光纤，典型尺寸为纤芯8—12 ，包层125 ，单模光纤只能传输一个模式一基模，不存在模间色散问题，被广泛的应用于光纤通信领域；多模光纤是指V值大于2．405的光纤，典型尺寸为纤芯50--200 ，包层125--400 。与单模光纤相比．多模光纤具有较大的纤芯直径，可包容数以百计的模式，可以很容易地将光源的光功率注入光纤中。其中．归一化频率V可由公式（11）给出：
（2）
3．按光纤材料分类，根据光纤材料组份的不同光纤可以分为石英光纤、卤化物玻璃光纤、有源玻璃光纤、硫属化合物玻璃光纤、塑料光纤等。