第３４卷第４期２００７年４月
中国激光
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＡＳＥＲＳ
材料架Ｖ０１．３４，Ｎｏ．４
Ａｐｒｉｌ，２００７
文章编号：０２５８－７０２５（２００７）０４一０４７０—０５
张帆，王春灿，童治，宁提纲，简水生
（北京交通大学光波技术研究所，北京１０００４４）
摘要提出了一种基于亚波长衍射光栅理论的介质一金属一介质的对称夹层结构，这种结构因为没有使用 诸如折射率匹配液、光学固化胶等承受不了较高温度的黏接物质，所以可以用于大功率激光二极管阵列的侧面抽运，尤其可用于条形半导体激光器侧面抽运双包层掺杂光纤中，以制作各种大功率稀土离子掺杂光纤激光器，并且其耦合效率可以达到８０％以上。同时，这种侧面抽运技术还支持多点抽运以及光纤两端同时激射高能激光。 关键词激光器ｌ光纤激光器；双包层光纤；亚波长衍射光栅；耦合效率
中图分类号ＴＮ２４８．ｉ文献标识码Ａ
ＤｅｓｉｇｎｏｆａＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－Ｍｅｔａｌ＿ＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＳａｎｄｗｉｃｈＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒ
ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＳｉｄｅ－ＣｏｕｐｌｉｎｇｏｆＨｉｇｈＰｏｗｅｒＤｏｕｂｌｅ－ＣｌａｄＦｉｂｅｒＬａｓｅｒｓ
ＺＨＡＮＧＦａｎ，ＷＡＮＧＣｈｕｎ－ｃａｎ，ＴＯＮＧＺｈｉ，ＮＩＮＧＴｉ—ｇａｎｇ，ＪＩＡＮＳｈｕｉ—ｓｈｅｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎｏｖｅｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｍｅｔａｌ—ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓａｎｄｗｉｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆＳＵｂ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｄｅ－ｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄｆｉｂｅｒ（ＤＣＦ）ｌａｓｅｒｓ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｏｖｅｒ８０％ｗｅｒｅａｌＳＯｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ
ｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓｂａｒｔｏｓｉｄｅ－ｐｕｍｐＤＣＦｌａｓｅｒｓｗｉｔｈｏｕｔ
内衣生产
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ｃｏｕｐｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｓｃａｌａｂｌｅｂｙｍｕｈｉ－ｐｏｉｎｔｐｕｍｐｉｎｇｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓｂａｒｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌａｓｅｒｓ；ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ；ｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄｆｉｂｅｒ；ｓｕｂ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇ；ｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
１引言
稀土离子掺杂的光纤激光器和放大器作为光源具有光束质量好（基模输出）、功率密度高、散热装置简单、工作时间长、性能稳定等优点。在双包层光纤（ＤＣＦ）中，抽运光在尺寸较大的内包层中传输，由于内包层的尺寸通常在几十到数百微米，能够容纳数以万计的传输模式，因而能够很好地与高功率的半导体激光器相匹配，从而获得高的抽运功率。因此双包层光纤的这种优点能够使稀土离子掺杂的光纤激光器和放大器输出很高的平均功率和脉冲能量。利用端面抽运，双包层掺杂光纤激光器已经获得了上千瓦的功率输出［１矗］。然而端面抽运虽然简单且耦合效率高（＞５０％），但只能通过两个端面注入抽运光，所以需要分光镜将信号光与抽运光复用以后注入双包层光纤的端面，这样双包层光纤就不能同其他光纤直接熔接，导致插入损耗增大。此外，该方式需要采用高精度的多维光纤调节系统，也带来了因调节系统的漂移引起的系统稳定性问题。因此，提出光纤侧面抽运耦合技术，如利用微型棱镜侧面耦合［３￣５］，Ｖ型槽侧面抽运技术‘６Ｊ］，嵌入式微型棱镜技术［８］以及光纤磨抛技术ｉｓ］。但是这些技术对工艺要求十分严格，而且对光纤有一定程度上的损害，
收稿日期：２００６－０８－３０｝收到修改稿日期：２００６－１１－１７
基金项目：北京交通大学科技基金（２００４ＲＣ０７３）和北京交通大学专项研究员基金（４８１０１）资助项目。
作者简介：张’帆（１９８１一），男，湖北武汉人，博士研究生，主要从事激光器和光放大器的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｗｅｒ日ｕｎｆ＠１６３．ｅｏｒｎ导师简介：简水生（１９２９一），男，江西萍乡人，教授，中国科学院院士，博士生导师，目前研究方向为光纤通信、光纤传感、光纤有源无源器件、光纤网。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｓｊｉａｎ＠ｃｅｎｔｅｒ．ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃａ
万方数据
４期
张帆等：用于高功率双包层光纤激光器侧面耦合的对称夹层结构４７１
实现起来成本高，难度大。Ｒ．Ｈｅｒｄａ等［１０］提出了一种利用二元衍射光栅进行侧面耦合的技术，这种方法是将衍射光栅放置在光纤的内包层表面，且不损害光纤的外表面，对ＴＭ偏振的入射光具有高达９４％的耦合效率。但是这种方法由于在二元衍射光栅与光纤内包层表面之间使用了介质折射率匹配层，以达到折射率匹配和固定二元衍射光栅，所以不能够承受大功率激光二极管阵列侧面抽运时所产生的热量，二元金属衍射光栅容易脱落。因此这种方法不能用于大功率稀土光纤激光器的制作。针对这种缺点，本文提出了一种新型侧面耦合方法，可以克服上述缺点，能够用于大功率激光二极管阵列侧面抽运，并且具有将近８０％的耦合效率。
２理论分析
２．１新型侧面抽运结构的设计与制作
图１为基于介质一金属一介质的对称夹层结构进行侧面耦合双包层光纤的实验示意图。这种耦合方法的主要思想是：激光二极管阵列经过柱透镜准直后，垂直于双包层掺杂光纤的内表面射入。由于在双包层掺杂光纤的矩形结构的内表面上镀上了一定厚度的金薄膜，并在其上覆盖上一层二氧化硅（ＳｉＯ。）。这样光纤的内包层、金的薄膜层以及ＳｉＯｚ层就构成了一个介质一金属一介质的夹层结构，并且由于所镀的金属金薄膜的宽度小于半导体激光器的入射波长，所以实际上就在光纤的内包层上形成了一个介质一金属一介质结构的亚波长光栅。入射的抽运光在介质与金属的界面发生前向衍射和后向衍
射。如果＋１和一１阶衍射波的角度满足口＞‰（其中‰为在双包层光纤的包层中全内反射的临界
角），则经过金属光栅衍射后的抽运光就被束缚在双包层光纤内部一直传输下去。所以＋１和一１阶衍射波的衍射效率即是激光二极管阵列抽运掺杂双包层
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图１基于介质一金属一介质的对称夹层结构进行侧面耦合
双包层光纤的实验示意图
Ｆｉｇ．１
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ
ｏｆ
ａ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｍｅｔａｌ－ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｓａｎｄｗｉｃｈ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｆｏｒｓｉｄｅ－ｃｏｕｐｌｉｎｇ
ｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄ
ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ
光纤的耦合效率。因为内包层折射率与Ｓｉ０２的折射率相近，所以这种介质一金属一介质结构是一个对称的夹层结构，这样＋１和一１阶前向衍射波的衍射角与后向衍射波的衍射角相同，当其中一个满足了全反射条件后，如图１所示，＋１和一１阶前向和后向衍射波就可以都被束缚在光纤中传输。为了进一步提高耦合效率，在双包层光纤的两端镀上高反膜，它可以使０阶前向衍射波反射后再次经
过亚波长光栅实现第二次衍射。经过四次衍射（即入射抽运光来回往返两次）后，抽运光的总耦合效率可以达到８０％以上。
２．２新型抽运结构的理论分析
图２为介质一金属一介质对称夹层结构示意图。因为人射抽运光的波长与金属光栅的周期可比拟，
所以标量衍射理论不再适用，必须利用严格的矢量衍射理论进行分析［１¨。在严格的矢量衍射理论中，介质折射率函数和周期结构中的电磁场被分别展开为傅里叶序列和布尔赫波模式，从而将边界值问题简化为特征值问题。
图２介质一金属一介质对称夹层结构示意图
Ｆｉｇ．２
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｍｅｔａｌ－ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｓａｎｄｗｉｃｈ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
图２对应于图１中用于侧面耦合的亚波长衍射光栅区域。它由一个周期调制的金薄膜组成，薄膜层的周期为ｄ，厚度为＾。该结构处于两个均匀媒质（区域１和３）之间。其中一个的折射率与双包层光纤的内包层折射率相同（靠。一１．４５３），另一个是介质二氧化硅的折射率咒。一７／ＳｉＯ。一１－４５。这里当考虑
ＴＥ偏振模的衍射时，根据麦克斯韦（Ｍａｘｗｅｌｌ）方程
，２
３２
知Ｅ（；，Ｄ＋专Ｅ（；。ｄ＋愚２弼Ｅ，（。．Ｄ一０，（１）
式中Ｅ，为ＴＥ偏振时的电场分量，ｐ—ｋｎｆ为各层的传播常数，Ｊ＝１或３，量一２ｎ／Ａ为自由空问的波数。
首先考虑区域１和区域３，总场可以表示为：Ｕ洲一
Ｕ。＋ＵＲ，ＵＩ代表入射场，巩表示后向衍射场。在区
域３中，ＵＴ表示前向衍射场（这里的Ｕ代表（１）式中出现的电场分量，即对ＴＥ偏振，Ｕ—Ｅ。）。所以Ｕ。，
ＵＲ，ＵＴ分别表示为
万方数据
４７２中国激光３４卷
Ｕ１（。，ｏ—ｅｘｐ［ｉｋｎｌ（ｘｓｉｎａ＋ｚｃｏｓｇ）］，（２）ＵＲ（。，订一三Ｒ。ｅｘｐ［ｉ（ａ＝ｘ—ｒｍｚ）］，（３）ＵＴ（。．ｄ一三Ｌｅｘｐ｛ｉ［－ａ。Ｘ＋ｔ。（ｚ—ｈ）３），（４）
式中ｐ为入射角，Ｒ。，Ｔ珥分别为第ｍ阶后向衍射波和前向衍射波的幅值。这里定义ａ。一ｋｎ。ｓｉｎＯ，。，其中以为第ｍ阶后向衍射波的衍射角。ｔ。和ｒ。有相似的表达式，只是将ｒｌ，换作铂。ｔ。和ｒ。的实部代表均匀的平面波，虚部对应于损耗波
口。＝ａｏ＋２７ｔｍ／ｄ，（５）
Ｑ０一ｋｎｌｓｉｎ０，（６）‰一｛譬先嚣俐荒ｋｎＭ，
‰一＿１ｉ［ａ。一（砌。）ｚ］・／ｚＩ口。ｌ＞。’ｕ’然后考虑区域２（即折射率调制区）。ＴＥ模介质折射率函数ｅ，用傅里叶级数展开为
ｅ，（曲一，ｚ２（ｚ）２一三ｅｐｅｘｐ（ｉ２７ｃｐｘ／ｄ），（８）式中Ｐ为相应的级数，￡，为对应级数的傅里叶系数。如果设Ｅｙ（。，力一Ｘ（。）Ｚ（＂利用（１）式，关于Ｘ（曲和Ｚｃ幻的方程可以分别写成
参ｘ（ｚ）＋［忌２９如）一ｙ２－］ｘ（ｚ）一０，（９）仓库监控
击ｚ（幻＋严磊订一０，（１０）式中严是分离变量常数。设Ｘｃ。）和Ｚｃ曲的解分别为Ｚ（力一ａｅｘｐ（ｉＴｚ）＋６ｅｘｐ［一ｉｙ（ｚ一九）］，（１１）
Ｘ（曲一三Ｐ。ｅｘｐ（ｉａ。ｚ），（１２）式中口，ｂ为常系数，Ｐ。为假设的假周期解的幅值系数。
将（８），（１２）式代入（９）式，可得
三（五２￡ｐ，一口乞艿ｈ）Ｐ。一严Ｐｚ，（１３）式中觐为狄拉克函数，ｙ和Ｐ分别为方程的特征值和特征向量。该特征值方程可以利用数值方法解得Ｅ（。．Ｄ＝三三Ｐ加ｅｘｐ（ｉａ∥）｛ａｎｅｘｐ（ｉＬｚ）＋
６。ｅｘｐ［一ｉ以（ｚ一＾）］），（１４）在图２的区域１，２，３的名一０和名一ｈ处应用边界条件，可得ＴＥ偏振时的耦合方程为
三（ｎ＋‰）Ｐｈ口。＋
Ｚ（ｎ一７．）ｅｘｐ（ｉＴｍｈ）Ｐ如ｂ。一２ｒｌ￥∞，（１５）
三（ｆｆ一７＝）ｅｘｐ（ｉ％＾）Ｐｈａ。＋
三（岛＋％）Ｐｈ６。一０，（１６）定义第ｍ阶前向和后向衍射波的衍射效率为ｎ１］
瑰，。＝Ｒ（ｒＪｒｏ）ｌＲ。Ｉ２，（１７）
ｒ／－ｒ，。＝ＣＲ（￡。／ｒｏ）ｌＬ２，（１８）ＴＥ偏振模时，Ｃ一１。利用（１７），（１８）式，可以获取利用亚波长衍射光栅侧面耦合双包层光纤的耦合效率。
３数值结果与讨论
计算图２中的介质一金属一介质结构对＋１和一１阶的前向和后向衍射波的衍射效率（即侧面耦合双包层光纤的耦合效率），采用的参数与文献Ｅ１０３中的相同。双包层光纤的芯径为１２５／．ｔｍ，
数值孔径为０．３８，内包层的折射率为１．４５３，外包层为１．４０２。当抽运波长为９７６ｎｍ时对应的全反射角为７５。，在该波长和全反射角的条件下，根据光栅方程所需要的光栅周期在６７３～６９７ｎｍ之间。金属金在此波长下的复折射率为０．０９＋６．１２ｉ，以及ＳｉＯ。的折射率为１．４５。所以光栅的周期选为６８３ｎｍ以满足全反射，并且假设抽运光是垂直于光纤的侧面正入射的。３．１新型抽运结构对入射ＴＥ偏振波的衍射效率由图３，４可知，金薄膜的两个结构参数：薄膜线宽ａ。和薄膜厚度＾，在光栅周期ｄ和入射抽运光的波长Ａ一定时，决定了＋１和一１阶前向和后向衍射波的衍射效率（即抽运光的耦合效率砂。图３和图４分别是当ａ。或是＾取一定值时，＋１和一１阶前向和后向衍射波的总衍射效率，随另一个参量的变化而变化的情况。两个图都证明了在选取了合适的ａ。和＾后，＋１和一１阶总的衍射效率可以达到４０％。金薄膜层上镀上的是Ｓｉ０：层（其折射率为１．４５），与双
皇
．２－
薹皇
‘口ｌ
勺勺
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薹去
墨喜
ｌ萼
。
皿
图３当金薄膜的线宽ａ。＝Ｏ．３８ｐｍ时，＋１和一１阶
前向和后向衍射效率与金薄膜厚度ｈ的关系（ＴＥ模）
Ｆｉｇ．３Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ＋１ａｎｄ一１ｏｒｄｅｒｖｅｒｓｕｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇｏｌｄｆｉｌｍａｔｔｈｅ
ｆｉｌｍｌｉｎｅ－ｗｉｄｔｈａｏ＝Ｏ．３８／ｚｍ（ＴＥ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）
万方数据
４期张帆等：用于高功率双包层光纤激光器侧面耦合的对称夹层结构４７３
葺
．２－
吾量
童三
勺Ｉ
口口
ｌ呈
不干胶标贴
薹去
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ｌ鼋
ｏ
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Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈｏｆｇｏｌｄｓｔｒｉｐ‘ｆ０／ｐｍ
图４当金薄膜厚度ｈ＝０．６／ｚｍ时，＋１和一１阶前向和后向衍射效率与金薄膜的线宽ａ。的关系（ＴＥ模）
Ｆｉｇ．４Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ＋１ａｎｄ一１ｏｒｄｅｒｖｅｒｓｕｓｌｉｎｅ－ｗｉｄｔｈａｏｏｆｇｏｌｄｆｉｌｍａｔ
ｔｈｅｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈ一０．６ｐｍ（ＴＥ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）
图５＋１和一１阶前向和后向衍射效率与金薄膜的线宽ａ。和厚度ｈ的对应变化关系（ＴＥ模）
Ｆｉｇ．５
Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ＋１
ａｎｄ一１ｏｒｄｅｒｖｅｒｓｕｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈａｎｄｌｉｎｅ－ｗｉｄｔｈａｏ
ｏｆｇｏｌｄｆｉｌｍ（ＴＥ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）
包层光纤的内包层折射率（１．４５３）十分相近，所以这种侧面抽运结构是一个对称的介质一金属一介质夹层结构。由于在内包层的另一端镀上了高反膜，这样近６０％的０阶前向衍射波在被高反膜反射回来，射向亚波长衍射光栅后，再一次发生衍射，其＋１和一１阶前后向总的衍射效率与第一次的基本一致。这样，抽运光每一次经过亚波长衍射光栅时都会有４０％的抽运光被耦合进双包层掺杂光纤的包层里，并在其中以全反射的方式传输。因此，只需要来回反射两次，就能使８０％以上的入射抽运光耦合进光纤里。如图５所示，当ａｏ＝０．３８ｐｍ，ｈ一０．６ｐｍ时，＋１和一１阶前向和后向衍射波的总衍射效率达到最大值４０．３８６％，并且对于ａ。有士１ｐｍ的冗余度，当＾在０．５５～ｏ．６０ｐｍ范围内时，总衍射效率均可以维持在４０％左右，这样的特性也给镀金属金薄膜的制作工艺降低了难度。
３．２新型抽运结构对入射ＴＭ偏振波的衍射效率经过计算发现，当入射抽运光为ＴＭ模时，这种基于亚波长衍射光栅理论的介质一金属一介质的对称夹层结构的衍射效率更高，如图６，７，８所示。通过选取金属薄膜最优的线宽ａ。和厚度ｈ，第一次通过对称夹层的耦合结构时就可以有高达７０．９２％的抽运光被耦合进光纤的内包层中，并由于＋１和一１阶前向和后向衍射波的衍射角都满足全反射，所以能够一直被约束在内包层里传输。因此，只需要反射一次后（即再次经过对称夹层的耦合结构进行一次衍射），就能使９１％以上的入射抽运光耦合进光纤里。如果考虑到实际工艺加工，对
于入射抽运光为ＴＭ模时也可以不需要镀高反膜，就可以有近
．２－
！薹妻
勺Ｉ
勺勺
ｌ呈
薹去
墨喜＇
ｌ写
ｏ
【工一
图６当金薄膜的线宽ａｏ－－－－０．２１ｐｍ时，＋１和一１阶
前向和后向衍射效率与金薄膜厚度ｈ的关系（ＴＭ模）
Ｆｉｇ．６Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｏｆ＋１ａｎｄ一１ｏｒｄｅｒｖｅｒｓｕｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇｏｌｄｆｉｌｍａｔｔｈｅ
ｆｉｌｍｌｉｎｅ－ｗｉｄｔｈ口ｏ＝＝Ｏ．２１弘ｍ（ＴＭ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）
蜗轮滚刀
Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈｏｆｇｏｌｄｓｔｒｉｐａｏ／ｌａｍ
图７当金薄膜厚度ｈ＝Ｏ．２３ｐｍ时，＋１和一１阶前向和后向衍射效率与金薄膜的线宽ａ。的关系（ＴＭ模）
Ｆｉｇ．７
Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ＋１
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ｍ∞∞０
万方数据
４７４
中国激光３４卷
图８＋ｌ和一Ｉ阶前向和后向衍射效率与金属金薄膜的线宽ａ。和厚度ｈ的对应变化关系（ＴＭ模）
Ｆｉｇ．８Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ＋１ａｎｄ一１ｏｒｄｅｒｖｅｒｓｕｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈａｎｄｌｉｎｅ－ｗｉｄｔｈａｏ
ｏｆｇｏｌｄｆｉｌｍ（ＴＭ—ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）
７１％的耦合效率。由于这种新的侧面抽运结构采用的是镀膜技术，而不是如文献Ｆ１０］中所采用的二元光学元件的加工技术，所以在制作成本和制作难度上都有明显的优势，而且因为没有使用诸如折射率匹配液、光学固化胶等承受不了较高温度的黏接物质，所以可以用于大功率激光二极管阵列的侧面抽运中，尤其是用于图１中所示的条形半导体激光器侧面抽运双包层掺杂光纤，以制作大功率稀土光纤激光器。同时，这种侧面抽运技术还支持多点抽运以及光纤两端同时激射高能激光。
４结论
基于亚波长衍射光栅理论提出了一种新的侧面抽运结构，这种结构相比于以往的侧面抽运结构有以下几点优势：１）不破坏光纤的结构，仅仅只是将外包层剥除约１ｅｒａ（单个条形激光二极管阵列发射端面的长度）；２）由于只涉及镀膜技术，所以制作成本和制作难度较低；３）这种介质一金属一介质夹层结构可以承受较高的温度，所以可以被用于高功率半导体激光器的侧面抽运以及多点抽运；４）适用于发射端面的长宽比极其不对称的条形激光二极管阵列的侧面耦合，因为这种结构不需要对其发射的长宽比极其不对称的光束进行光束整形；５）对ＴＭ模的耦合效率高达９１％以上，而ＴＥ模的耦合效率也可以达到８０％以上。
参考文献
１Ｖ．Ｄｏｍｉｎｉｃ，Ｓ．ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ。Ｒ．Ｗａａｒｔｓｅｔａ１．．１１０Ｗｆｉｂｒｅｌａｓｅｒ口］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，１９９９，３５（１４）：１１５８～１１６０
２Ｙ．Ｊｅｏｎｇ，Ｊ．Ｋ．Ｓａｈｕ，Ｄ．Ｎ．Ｐａｙｎｅ口ａ１．．Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄｌａｒｇｅ－ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｗｉｔｈ１．３６ｋＷｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｗａｖｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ［刀．Ｏｐｔ．Ｅｚｐｒｅｓｓ，２００４，１２（２５）：６０８８～６０９２
３ＺｈａｎｇＣｈｕｎｗｅｉ，ＸｉａｎｇＳｈｉｑｉｎｇ，ＷａｎｇＣｈａｎｇ’ｓｎ．Ｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｐｒｉｓｍｓｉｄｅｄ－ｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆ
ｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄｄｉｎｇｆｉｂｅｒ［刀．ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｌａｓｅｒｓ，２００３，３０（７）：５９７～６００
张春伟，向世清，王常安．双包层光纤抽运光的微型棱镜侧面耦合法的耦合效率分析［Ｊ］．中国激光，２００３，３０（７）：５９７～６００
４ＷａｎｇＣｈａｎｇ’ａｎ，ＸｉａｎｇＳｈｉｑｉｎｇ，ＬｕＹｕｔｉａｎ露ａ１．．Ｎｅｗｓｉｄｅ－ｐｕｍｐｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇＬＤｐｕｍｐｉｎｇｌｉｇｈｔｉｎｔｏｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄｄｉｎｇｆｉｂｅｒｂｙｍｉｃｒｏ－ｐｒｉｓｍ［Ｊ］．ＡｃｔａＯｐｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２００２，２２（１０）：１２５９～１２６２
王常安，向世清，陆雨田等．利用微型棱镜将激光二极管抽运光耦合进双包层光纤的新技术［刀．光学学报，２００２，２２（１０）；
１２５９～１２６２
５ＳｈｉＰｅｎｇ，ＬｉＸｉａｏｌｉ，ＺｈａｎｇＧｕｉｆｅｎｄａ１．．Ｍｉｃｒｏ－ｐｒｉｓｍｓｔａｃｋｂｅａｍｓｈａｐｅｒｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｄｉｏｄｅａｒｒａｙ［Ｊ］．＆缸ＯｐｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０００，２０（１１）：１５４４～１５４７
牙箱
石鹏，李小莉，张贵芬等．大功率激光二极管的微片棱镜堆光束整形和光纤耦合输出［Ｊ］．光学学报，２０００，２０（１１）：１５４４～１５４７
６Ｄ．Ｊ．Ｒｉｐｉｎ。Ｌ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇ．Ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｉｄｅ－ｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｌｉｇｈｔｉｎｔｏｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｒｅｓｕｓｉｎｇｉｍｂｅｄｄｅｄＶ－ｇｒｏｏｖｅｓ［Ｊ］．Ｆ＿．１ｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．。１９９５，３１（２５）：２２０４～２２０５
７Ｌ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇ，Ｂ．Ｃｏｌｅ，Ｅ．Ｓｎｉｔｚｅａ．Ｖ－ｇｒｏｏｖｅｓｉｄｅ－ｐｕｍｐｅｄ１．５ｐｍｆｉｂｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ［刀．Ｅｌｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，１９９７，３３（２５）；２１２７～２１２９
８ＪｅｆｆｒｅｙＰ．Ｋｏｐｌｏｗ，Ｓｃａｎｍ．Ｍｏｏｒｅ。ＤａｈｖＡ．Ｖ．Ｋｌｉｎｅｒ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｉｄｅｐｕｍｐｉｎｇｏｆｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄｆｉｂｅｒｓｏｕｒｃｅｓ［Ｊ］．．，．ＱｕａｎｔｕｍＥＺｅｃｔｒｏｎ．，２００３，３９（４）：５２９～
５４０
９ＪｉａｎｑｉｕＸｕ，ＪｕｎｈｕａＬｕ。Ｇ．ＫＵｌＴｌａｒ露ａ１．．Ａｎｏｎ－ｆｕｓｅｄｆｉｂｅｒｃｏｕｐｌｅｒｆｏｒｓｉｄｅ－ｐｕｍｐｉｎｇｏｆｄｏｕｂｌｅ－ｃｌａｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ［Ｊ］．ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００３，２２０（６）１３８９～３９５
１０Ｒ．Ｈｅｒｄａ，Ａ．Ｌｉｅｍ。Ｂ．Ｓｃｈｎａｂｅｌｄａ１．．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｄｅ－ｐｕｍｐｉｎｇｏｆｆｉｂｒｅｌａｓｅｒｓｕｓｉｎｇｂｉｎａｒｙｇｏｌｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｉ．ｚｔｔ．，２００３，３９（３）￡２７６～２７７
１１Ｊ．Ｔｕｒｕｎｅｎ，Ｆ．Ｗｙｒｏｗｓｋｉ．Ｍｉｃｒｏ－（３’ｐｔｉｃｓｌＥｌｅｍｅｎｔｓ，ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．ＬｏｎｄｏｎＨＥＲＺＩＣ．Ｈ．Ｐ．１９９７Ｃｈａｐ．２，
３１～５２万方数据
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