1. 研究目的与意义（文献综述）

自1960年第一个红宝石激光器的诞生，在这短短的半个多世纪的时间，激光器有了突飞猛进的发展，激光器朝着大功率，高效率，超长工作时间，高精度等方面发展。近年来，大功率半导体激光器以其强大的功能，广泛而良好的发展前景渐渐地走进了人们的视野，其本身的电光转换效率高，寿命长，光束质量高等优点被不断放大，逐渐取代了传统的固体激光器，在工业加工激光医疗等民用方面与航空航天激光武器等军用方面都取得了不错的成绩。目前国内外对半导体激光器的研究方向仍然是针对大功率、高效率、高性能等方面，这无疑使得半导体激光器的核心技术-光纤耦合技术越来越成为重中之重，光纤耦合技术的高低将直接影响到光-光转换效率。只有持有一个高效率的光纤耦合技术，才能做出一个具有耦合效率高，集成度强，操作简洁等优点的光纤耦合器，才能使大功率半导体激光器不断发展，输出功率不断提高，更好的在多方面领域为世界人民服务。而光纤耦合的效果与光纤端面的处理有极大关系。

目前光纤耦合器能够承受高功率输出的国外厂家有ipg公司和itf公司。ipg的能量合束器是最优的，可以承受总功率为50kw的输出，但是却对中国禁运；itf公司的(6 1)×1光纤耦合器，单臂泵浦功率最高可承受400w。在国内，朗光公司的(6 1)×1光纤耦合器，可承受泵浦总功率1200w，单臂可承受功率约200w。

目前国内在商品化方面仍有很大缺陷与世界前列仍有一定差距，但在实验研究方面，已达到世界前列水平。2015年，国防科技大学的周航等人报道了一种耐受功率3.8kw的7×1泵浦光耦合器，达到了中国公开报道的n×1泵浦光耦合器耐受功率的最高水平，也是世界的最高水平。相信随着研究的不断推进，国内很快可以打破禁运与垄断，实现此领域的国际性发展。而光纤耦合的效果与光纤端面的处理有极大关系。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：1.设计一个用于新型光纤耦合系统。2.用matlab进行仿真得出可行性方案及相应参数。

目标：设计一个光纤耦合系统，拟在解决大功率半导体激光器与单模光纤耦合问题

技术方案：采用倒锥形光纤与梯度折射率光纤的球透镜结构相结合的方法。即前端为倒锥形光纤后端为梯度折射率球透镜光纤，此种结构拥有梯度折射率球透镜与倒锥形光纤的优点。由于倒锥形光纤是大芯径进，小芯径出，故可以将半导体激光器发出的激光的光斑大小缩小。通过子午光线通过倒锥形光纤的光路的几何关系与全反射定律、折射定理等光学定理，得出倒锥形光纤的最小长度与芯径的关系，又知道梯度折射率光纤与球透镜结构都有聚焦效果，可将光斑进一步缩小，并且只要选取合适的梯度折射率光纤长度，使焦点恰好在熔接面上，即可拥有球透镜与梯度折射率光纤的双重聚焦作用。再根据模场耦合理论与q参数理论得出梯度折射率球透镜的半径，工作距离等。最终得出理论上可以高效耦合进单模光纤本次采用matlab进行仿真，最终得到可行性方案及相应参数。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解光纤端部微球的耦合理论和光学仿真的基本知识。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：明确光纤端部微球的改进理论，利用光学设计软件完成理论仿真。

第9－13周：完成光纤端部微球的制作，并进行验实验分析。

4. 参考文献（12篇以上）

1. knoll g f, knoll t f. light collection in scintillation detector composites for neutron detection [j]. ieee transac-tions on nuclear science, 1988, 35(1): 872-875.

2. 路晓伟. 高功率半导体激光器与多模光纤耦合的研究[d]. 长春：长春理工大学，2013.

3. pichler b j, lorenz e, mirzoyan r, et al. production of a diffuse very high reflectivity material for light collection in nuclear detectors [j]. nuclear instruments and methods in physics research a, 2000, 442(2): 333-336.

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