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激光二極管的像散
來源(yuan): 閱讀:1022 發(fa)布(bu)時間(jian):2022-03-03 09:55:18
激光二極管的像散
半導體激光器又稱為激光二極管(Laser Diode,LD),是指通過一定的激勵方式(常見的是電子注入),以半導體材料作為工作物質而產生激光的激光器。由于LD有較高的電-光轉換效率、體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、波長覆蓋范圍廣、成本低等優點,已經逐漸發展成為當今重要的激光器之一。
由于非對稱波導的影響,LD輸出的光束在垂直于結平面(快軸)和平行于結平面(慢軸)的兩個方向上由不同的發散角,而且兩個方向的束腰也不在同一個位置上,即存在固有像散。
LD輸出的光束必須要經過整形才能實際應用,因此,計算或實際測量LD的像散是非常重要的。
?1)LD像散的計算
在LD的指標書中,一般都沒有給出像散的值,但是大都會給出LD的發光區大小(比如1um×50um,1um×100um等),快軸θ⊥和慢軸θ∥的發散角大小。
需要注意的是, LD的指標書中一般用半高全寬 FWHM 定義遠場發散角(全角),即光功率下降為max光功率的一半時的發散角。
但是,在ZEMAX中,高斯光束使用 Apodization Type 切趾類型中的 Gaussian 來仿真。當 Apodization Factor=1,邊緣光線對應的光強為中心光強的1/e2 (≈13.5%)。
基模高斯光束的FWHM與1/e2發散角的變換關系如下:
以下是LD像散計算示意圖:
上圖中,發光面上,快軸方向可看成是從點Oy發光,其發散角較大,慢軸方向可看成是從發光面兩端發光(反向延長后交點在Ox),其發散角較小。t為像散,θx為θ∥的一半(1/e2),L為慢軸方向的發光區大小。由此,可簡單計算得到像散為
例如:一款LD的發光區大小為1um×100um,發散角大小(FWHM)為40°×10°,計算該LD的像散As。
A)計算慢軸的θ1/e2
B)計算像散As
通過以上計算得到的像散大小,可以作為光學仿真的初步參考,也可以和實際測量的像差值作對比。
2)刀口法測量LD像散值
刀口法可以用來測量高斯光束的光強分布、遠場發散角、透鏡的MTF,也可以用來測量LD的像散值。
刀口法測量LD像散值的系統,包括了LD、透鏡、刀口、光電探測器或光功率計。
測量方法:
A)激光二極管(LD)是被測光源,發射激光束經過透鏡聚焦,形成不同角度的光束完整地打到光電探測器或光功率計上。
B)將刀口安裝在位移臺(例如螺旋測微器或多維調整架)上,并置于快軸光束的邊緣位置。
C)橫向移動刀口位置,使刀口緩慢截斷光束,并測試刀口位置與透過功率的關系。
D)可以采用25%/75%或10%/90%刀口測量方法,利用測試得到的數據,擬合出在該位置的光束直徑。
E)前后移動刀口位置或LD位置,按照上述方法多次測試新位置處的光束直徑,并找到快軸焦點(光束直徑min)的位置。
F)將刀口旋轉90°,并置于慢軸光束的邊緣位置。
G)采用上述的方法,找到慢軸各個位置處的光束直徑,并找到慢軸焦點的位置。
H)快軸和慢軸焦點位置的差值就是LD像散差As。 
3)狹縫法測量LD像散值
狹縫法測量LD像散值的系統,包括了LD、透鏡、分束棱鏡、光功率計、相機、橫縫光闌和豎縫光闌。
測量方法:
A) 激光二極管(LD)是被測光源,發射激光束經過透鏡聚焦,形成不同角度的光束打到分束棱鏡上,一部分透射形成透射光束,另一部分反射形成反射光束,使用相機監控反射光束的光斑形態。
B) 將橫縫光闌安裝在光功率計上,并可以隨著光功率計上下移動。
C) 在光功率計上下移動的過程中,根據光功率計實時測量的透射光束的功率,選取光功率的峰值位置作為目標位置,如果光功率峰值不止一個,那就選取中間峰值位置作為目標位置。此時,這個目標位置就是快軸或慢軸的焦點位置。
D) 將豎縫光闌安裝在光功率計上,替換橫縫光源,并固定光功率計的位置。
E) 使用位移調整架,將LD向前或向后移動,再次找到光功率的峰值位置,此時處在慢軸或快軸的交點位置。
F) 向前或向后移動LD的距離,就是LD的像散值As。

 

 

 

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