雷射功率量測

本研究中量測非軸對稱橢圓錐光纖透鏡耦光效率所使用的雷射 為 Axcel Photonics 出產之 980nm 單模雷射，雷射的特性及輸出功率 皆附有原廠資料，但由於原廠量測使用之機台與環境皆與本研究中的 情況不同，為求實驗的準確，我們需自行量測雷射之輸出功率。

本研究中用來量測雷射功率之光檢測器如圖 4.4 所示，係利用其 前方裝置之光電二極體來接收雷射光，經過光電轉換之過程以電流輸 出，因為其收光區域尺寸為 5mm×5mm，使用時只要盡可能的貼近雷

射輸出端，即可使雷射光完全照射在其收光區。而使用前必須先算出 其量測出之電流與雷射光功率間的轉換率。校正方式如圖 4.5 所示，

我們先以多模光纖與 980nm 單模雷射耦合，並把多模光纖輸出端連 接到光學積分球(Integrating Sphere)，以光功率計量測經過多模光纖之 輸出功率；首先量出一組輸入雷射電流 Iin 與多模光纖輸出功率 Pout

的數據，因為僅用來作為校正，故這裡不需量出最高耦合效率；然後 再將多模光纖輸出端對準光檢測器上光電二極體，以相同之輸入電流 Iin 輸入雷射，量測出一組由光檢測器量出之輸出電流值 Iout，則 R=Pout/Iout為光電轉換率，依此量測出之平均 R 值為 2.97(mW/mA)。

表 4.1 列出對編號為 1G13 之 980nm 單模雷射量測結果，與原廠資料 比較，百分誤差最大僅 2.19%。

表 4.1 LD1G13 功率量測結果分析

圖 4.5 光 檢 測 器 校 正 量 測 架 構 示 意 圖

4.2.2 耦光效率量測

雷射與光纖之耦光效率量測架構，如圖 4.6 所示，為了維持雷射 操作溫度在室溫 25℃下，我們將雷射晶片和熱敏電阻置於熱電致冷 器上，並且將熱電致冷器(TEC)連同雷射晶片置於一穩定平台上。透 過熱敏電阻將雷射晶片溫度回授，再透過溫度控制器控制熱電致冷器 的工作以達成雷射晶片的恆溫控制。當溫度穩定後，以一個大於臨界 電流之固定驅動電流輸入雷射，得到一個相對應之雷射發光功率值 Ps，再將橢圓錐光纖透鏡夾置於六軸移動和轉動平台上，在透過兩軸 向上的 CCD 攝影機放大影像觀測下，將橢圓錐光纖透鏡與雷射對 準，使雷射輸出固定功率之雷射光耦入非軸對稱橢圓錐光纖透鏡，再 從光纖另一端以光功率計量測輸出之光功率，微調六軸移動和轉動平 台並紀錄光纖耦合功率的最大值 Pf，則耦光效率即為 Pf / Ps。本研究 中量測之耦光效率皆設定 Ps=100mW。

Integrating Sphere

Powermeter

Detector SM LD MMF

本研究中對耦光效率的研究分為 3 個部分：

1.耦光效率與橢圓錐光纖透鏡之縱向曲率半徑(Ry)的關係

在中山大學光電所葉斯銘博士所提出的論文[22]中，提出了耦光 效率與曲率半徑的模擬結果；在耦光效率與橫向曲率半徑(Rx)的關係 上，由於雷射光在橫向上的發散角較小，故波前曲率半徑較大，因此 橢圓錐光纖透鏡橫向曲率半徑(Rx)只要達到某一程度，對耦光效率之 影響即趨於一定值，其值約為 25µm；而縱向曲率半徑(Ry)的最佳值 約在 3µm 左右；軸心偏移量(Offset)在小於 0.5µm 時，對耦光效率的 影響小於 5%。因此，本研究中選取軸心偏移量 Offset<0.5µm、橫向 曲率半徑 Rx>25μm 之橢圓錐光纖透鏡來進行耦光效率量測。編號為 1G13 之雷射晶片，以模場直徑分別 5.7µm 及 4µm 研製之橢圓錐光纖 透鏡量測耦光效率，量測結果分析如圖 4.7 所示，由其分佈可看出縱 向曲率半徑 Ry的最佳值在 2.5~3µm 之間，而兩種光纖相較之下，模 場直徑 4µm 的光纖有較佳的表現，因此之後又以模場直徑 4µm 及 4.9µm 的光纖研製橢圓錐光纖透鏡，並更換不同的雷射晶片，尋求最 佳的耦光效率。編號為 2E07 之雷射晶片，以模場直徑分別 4µm 及 4.9µm 研製之橢圓錐光纖透鏡量測耦光效率，量測結果分析如圖 4.8 所示，由其分佈可看出縱向曲率半徑 Ry的最佳值仍在 2.5~3µm 之間，

而兩種光纖相較之下，模場直徑 4µm 的光纖有較佳的表現。

2.橢圓錐光纖透鏡對不同雷射晶片耦光效率的量測

(µm) LD2E07 LD1E23 LD7G02 LD3G16 LD5H05

10/14-3 4 2.5 76.79

3.最佳耦光效率之量測

LD1G13 LD2E07 橢圓錐(3/30-4) 4 79.16 83

橢圓錐(a) 5.7 75.16 73.3

錐式楔型 5.7 75.43 73

圖 4.6 耦 光 效 率 量 測 架 構 示 意 圖

圖 4.8 耦 光 效 率 對 縱 向 曲 率 (Ry)關 係 圖 二