基于楔形长程表面等离激元波导的激光芯片/光纤偏振耦合机理研究

Aiming at the coupling system of semiconductor laser chip / LENZ /PZ fiber /PM fiber, using LRSPP waveguide’s mode field area characteristic and polarization characteristic, a new coupling method of semiconductor laser chip /LRSPP optical waveguide /PM is designed. Using the method of software simulation, multi-physics modeling and experimental verification, Firstly, a wedge type LRSPP waveguide is designed to match geometry and optical polarization mode, the coupling mechanism of light field in the heterogeneous devices will be revealed; secondly, the system model is established to study the process of multi-physics ,to analysis the interaction process of electric-thermal-optics field, to state the interaction between other physical fields and optical field, and the model will be clarified by the measured data, and a high efficient coupling system from the semiconductor laser to PM fiber will be realized. The research results will provide a new way for the traditional coupling mode, and providing an important theoretical basis for the integrated packaging and application of laser chips, which has important scientific significance and application value.

本项目针对半导体激光芯片/透镜/PZ光纤/PM光纤的耦合系统，应用LRSPP波导模场面积特性和偏振特性，构建半导体激光芯片/LRSPP波导/PM光纤的新型耦合方式。通过软件仿真、多物理场建模和实验验证等方法，首先，设计出楔型LRSPP波导，以满足光路的几何尺寸及偏振模式匹配，揭示其光场在异质器件中的耦合机理，其次，建立系统模型，分析电-热-光场的相互作用过程，研究该方式中多物理场的工作过程，试阐明其他物理场对光场耦合的影响，用封装测试数据验证和完善该模型并阐明其内在机理，最终实现半导体激光器到PM光纤的耦合输出。研究成果将为传统的耦合方式提供新思路，为激光芯片的集成封装应用提供重要的理论依据和支撑，具有重要的科学意义和应用价值。

本项目针对半导体激光芯片/透镜/偏振起偏器/保偏光纤的耦合系统，应用LRSPP波导模场面积特性和偏振特性，构建半导体激光芯片/LRSPP波导/PM光纤的新型耦合方式。通过软件仿真、多物理场建模和实验验证等方法，研究该方式下内在多物理场的工作过程，揭示其光场在异质器件中的耦合机理，并了解其他物理场对光场耦合的影响。首先，设计了楔型LRSPP波导，以满足光路的几何尺寸及偏振模式匹配；其次，建立了系统模型，分析电-热-光场的相互作用过程，用实验数据验证和完善该模型并阐明其内在机理。在项目实施过程中，实现了耦合损耗小于 5.5dB（其中 LRSPP 传输损耗小于 1.2dB/cm，激光芯片/LRSPP 波导端面耦合损耗小于 3.5dB，LRSPP 波导/保偏光纤的耦合损耗小于0.8dB）的激光器光纤工程化组装样机，达到研究目标中热稳定性技术指标，为激光芯片/光纤偏振耦合提供新的实现方案。研究成果将为传统的耦合方式提供新思路，为激光芯片的集成封装应用提供重要的理论依据和支撑，具有重要的科学意义和应用价值。