定义
二极管激光器件，其中产生的光耦合到光纤中。
对于许多应用，将半导体激光管的输出耦合到光纤中以便将光传递到需要的地方很方便。 光纤耦合（也称为光纤集成或光纤尾纤）二极管激光器具有以下几个优点：
- 从光纤中射出的光具有圆形和光滑（均匀）的强度分布和对称的光束质量，这在许多情况下非常方便。 例如，需要不太复杂的光学器件来为末端泵浦固态激光器生成圆形泵浦光斑。
- 可以移除激光二极管及其冷却装置，例如从固态激光头上拆下，这样就可以更紧凑，并且为该位置的其他部件留出更多空间。
- 有缺陷的光纤耦合二极管激光器可以轻松更换，而无需改变使用光的设备的对齐方式。
- 光纤耦合器件可以很容易地与其他光纤组件结合使用。
图1：相干公司的光纤耦合二极管激光器的照片，具有不同种类的光纤电缆。 该图像由相干公司友好提供。
光纤耦合二极管激光器的类型
因此，许多二极管激光器以光纤耦合形式出售，激光器封装中内置了坚固的光纤耦合光学元件（例如，永久激光焊接光纤附件）。 对于不同的二极管激光器，使用的光纤和技术差异很大：
最简单的情况是VCSEL（垂直腔面发射激光器），它通常发射光束质量高、光束发散适中、无散光和圆形强度分布的光束。 一个简单的球面透镜足以将发射点成像到单模光纤的芯部。 耦合效率可达70-80%。 也可以将光纤直接耦合（对接耦合）到VCSEL的发射表面。
小型边缘发射半导体激光管也以单一空间模式发射，因此原则上也允许与单模光纤有效耦合。 然而，如果使用简单的球面透镜，光束的椭圆度会显着降低耦合效率。 此外，光束发散在至少一个方向上相对较高，需要具有相对高数值孔径的透镜。 另一个问题是二极管输出的散光，特别是对于增益引导二极管；这可以通过额外的弱柱面透镜进行补偿。 光纤耦合增益引导LD的输出功率高达几百毫瓦，可用于泵浦掺铒光纤放大器等。
图2：简单光纤耦合低功耗边缘发射半导体激光管的原理图设置。球面透镜（或可能的透镜双透镜）用于将半导体激光管刻面成像到光纤芯。光束椭圆度和散光会降低耦合效率。
广域激光二极管在发射器的长方向上是空间多模的。 如果简单地用柱面透镜（例如光纤透镜，见图3）塑造圆形光束，然后发射到多模光纤中，则会损失很多亮度（辐射度），因为无法利用快速轴方向的高光束质量。 例如，可以将 1 W 的功率发射到纤芯直径为 50 μm 且数值孔径 （NA） 为 0.12 的多模光纤中。 这足以泵浦低功率体激光器，例如微芯片激光器。 甚至可以发射 10 W 的功率。
图3：简单光纤耦合广域半导体激光管的原理图设置。光纤透镜用于在快速轴方向上准直光束。
广域激光器的改进技术是基于在发射前重塑光束以获得对称光束质量（而不仅仅是对称光束半径）。 这样可以获得更高的亮度。
对于二极管条（二极管阵列），光束质量不对称的问题更加严重。 在这里，单个发射器的输出可以耦合到光纤束的单独光纤中。 光纤在二极管条的侧面以线性阵列排列，但在输出端以圆形阵列排列。 或者，在发射到单个多模光纤之前，可以使用某种用于对称光束质量的光束整形器。 例如，可以使用双镜光束整形器或一些微光学元件来完成。 例如，可以将 30 W 耦合到芯径为 200 μm（甚至 100 μm）且数值孔径为 0.22 的光纤中。 这种装置可用于，例如，泵送Nd：YAG或Nd：YVO4输出功率约为 15 W 的激光器。
对于二极管堆栈，使用芯径更大的光纤。 例如，可以将数百瓦（甚至几千瓦）的光功率耦合到纤芯直径为600μm且NA = 0.22的光纤中。
光纤耦合的缺点
与自由空间发射激光器相比，光纤耦合二极管激光器的一些潜在缺点是：
- 成本更高。 然而，这可能会被更简单的光束处理和交付带来的节省所抵消。
- 输出功率略有降低，更重要的是亮度（辐射度）。 亮度损失可能很大（超过一个数量级）或相当小，具体取决于光纤耦合技术。 在某些情况下，这可能无关紧要，但在其他情况下，它带来了重大挑战，例如二极管泵浦体激光器或高功率光纤激光器的设计。
- 在大多数情况下（特别是对于多模光纤），光纤不保持偏振。 然后，光纤输出通常会部分偏振，并且当光纤移动或温度变化时，极化状态会发生变化。 当泵浦吸收与偏振相关时，这可能会导致二极管泵浦固态激光器的实质性稳定性问题（例如Nd：YVO4)。
也可能无法获得每个光波长的光纤耦合半导体激光管产品。
光纤输出的光束质量
光纤输出的光束质量通常没有指定；在许多情况下，只有光纤芯径和数值孔径（NA）是已知的，并且假设是阶跃折射率多模光纤。 在这种情况下，没有公式可以精确计算光束质量，因为它取决于光纤模式上的光功率分布，而这种分布本身取决于发射条件。 但是，光束质量M2因素可以粗略估计，假设功率在模态上分布良好，因此数值孔径代表实际光束发散的合理（可能略高）估计。 这导致了等式
其中a是纤芯半径（即纤芯直径的一半）。 如果光主要以低阶引导光纤模式发射，则光束质量也可以明显更好，但随后可能会因光纤的强烈弯曲而降低。
