高功率半导体激光器在材料加工、激光器泵浦以及国防安全等领域应用十分广泛。半导体激光器的堆栈(stack)与巴条(bar)可以实现很高的输出功率,但是其光束质量较差,难以耦合进入较细芯径的光纤中。单管半导体激光器光束质量好、寿命长、调试方便,多个单管半导体激光器合束后可以达到较高的功率,容易耦合进较细芯径的光纤之中,因此对单管半导体激光器光纤耦合的研究具有十分重要的意义。本论文从方案设计、理论模拟以及实验验证等方面进行了单管半导体激光器光纤耦合技术研究。本论文设计了一种单管半导体激光器光纤耦合模块,其中半导体激光器的中心波长为980 nm,单管半导体激光器的输出功率为12 W。模块中采用非球面柱透镜和球面柱透镜对16个单管半导体激光器输出光束进行准直,经过等腰直角棱镜空间合束以及一维伽利略望远系统慢轴扩束后,利用三片式消球差聚焦镜将光束耦合进芯径100μm、数值孔径(NA)0.22的光纤中,耦合效率理论上可达88.9%。全系统模拟结果表明:该方案可实现137 W的激光输出,全系统效率可达71%。为光纤耦合实验奠定了理论基础。对单管半导体激光器光纤耦合模块各部件的设计进行了容差分析。采用光线追迹法模拟了快慢轴准直镜的位置偏差与角度偏差、等腰直角棱镜的位置偏差以及扩束系统的位置偏差对全系统效率的影响。模拟结果表明,快轴准直镜在快轴方向的位置偏差对全系统效率的影响最大,其位置偏差应该控制在-470~500 nm以内。该分析结果对于光纤耦合实验具有一定的指导作用。选取模块中空间排布上位于两边带与中心共3个单管半导体激光器开展了光纤耦合实验,实验结果表明:半导体激光器光纤耦合的全系统效率为67.1%,实验结果与设计值基本吻合。该方案满足高功率半导体激光器光纤耦合的应用要求。