[发明专利]一种应用于半导体发光器件的单偏振光纤微透镜制作方法

说明书

本发明公开了一种应用于半导体发光器件的单偏振光纤微透镜制作方法。单偏振光纤微透镜为非几何全方位对称的结构，用于与半导体发光器件进行光学对轴耦合，实现主偏振光能量耦合；在与半导体发光器件进行对轴耦合之前，分别对单偏振光纤的端面进行研磨。通过将单偏振光纤端面加工成微透镜形式，并保证其光学慢轴与半导体发光器件的主偏振光相平行，从而实现线偏振光最大效率的对轴耦合输出。采用本发明制作的单偏振光纤微透镜，不仅可以提高组件的集成度、对准容忍度、光学起偏质量、可靠性，而且可以降低成本，使得工程化生产变得更为简单。

技术领域

本发明涉及光纤与半导体发光器件耦合的光纤组件，尤其是涉及一种应用于半导体发光器件的单偏振光纤微透镜制作方法。

背景技术

半导体发光器件（半导体光源和激光器）与光纤组成的耦合组件，在光纤通信和放大、大功率激光器及其传输、传感以及医学等领域都具有重要应用，如光端机、光纤放大器、光学传感器、光纤激光器、医学检测等。传统的半导体发光器件与光纤的耦合方式是在它们之间使用分立光学器件进行聚光和准直，对半导体发光器件的出射光束进行整形准直后耦合入光纤。由于采用了分立的光学元件，使得激光在耦合过程中的损耗加大，制约了耦合效率的提高；而且分立元件的使用也使得器件的对准容忍度降低，从而使得装配校准的成本提高；同时，使用独立光学元件不仅提高了整体耦合组件的成本，而且人们还要进行费劲的调节准直光路，既麻烦、费时费力、降低了工作效率，又提高了产品成本。

相对于分立光学耦合透镜而言，半导体发光器件与光纤微透镜直接耦合更具有应用前景，因为组件具有耦合损耗小、性价比高、可靠性高、且与后续光纤系统接入方便等优势。目前单模光纤与半导体发光器件直接耦合输出，光纤的端面微透镜形式有楔形、斜面形、双曲面形、四角锥形、端面球形、端面半球形、端面斜球形、锥形、锥端球面形、热膨胀芯扩束形等。

无论哪种耦合方式，目的都是通过光纤端头微透镜对半导体发光器件发出的光场进行整形 ,使光纤的入射光场与光纤本征光场分布达到最大可能的匹配。

现在的半导体发光器件有传统的体材料型、量子阱型和量子级联型（QCL）等多种，它们大部分都是TE模偏振光输出，设计人员通过在半导体器件设计上的改变，可以使其占输出功率90%左右的偏振光的偏振方向为X或Y方向（也可以是与X轴成Φ角度的其它方向）。如果人们用单模光纤微透镜与发光器件进行耦合，但由于单模光纤内存在模间耦合的问题，会使得单模光纤输出光的偏振性能逐步退化，输出偏振光特性越传越差，最终使得该半导体光纤组件不能实现良好的线偏振光输出。

目前人们考虑的光纤与半导体发光器件相互耦合的问题都只停留在提高光能量耦合的效率上，在现实科研和生产中，人们需要使用线偏振光输出的光源和激光，因此，人们就不得不在半导体发光器件尾纤后面再额外加入一个光学起偏器件，一般是块体材料型的，因此会带来光路准直等问题，非常麻烦。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题和缺陷，针对目前市场上对半导体发光器件光纤尾纤输出线偏振光的需求，本发明提供一种应用于半导体发光器件的单偏振光纤微透镜制作方法。本发明的目的是希望与半导体发光器件耦合的光纤本身就是偏振器，这不仅可以提高组件的集成度、对准容忍度、光学起偏质量、可靠性，而且可以降低成本，使得工程化生产变得更为简单。

针对目前市场上对半导体发光器件光纤尾纤输出线偏振光的需求，我们提出了本发明：用单偏振光纤微透镜与半导体发光器件进行对轴耦合输出，这里有两个耦合：一个是光能量耦合，另一个是偏振光耦合；该单偏振光纤微透镜是非几何全方位对称结构的单偏振光纤微透镜，如楔形、斜面形、双曲面形、四角锥形等，它们既存在光能量耦合调整问题，也存在偏振光耦合调整问题；在实际工作中，非几何全方位对称的单偏振光纤微透镜需要定轴研磨和定轴耦合；总之，通过将单偏振光纤端面加工成微透镜形式，并保证其光学慢轴与半导体发光器件的主偏振光相平行，从而实现线偏振光最大效率的对轴耦合输出。