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激光二極管的像散
來源： 閱讀：1197 發(fā)布時(shí)間：2022-03-03 09:55:18
激光二極管的像散
半導(dǎo)體激光器又稱為激光二極管（Laser Diode，LD），是指通過一定的激勵(lì)方式（常見的是電子注入），以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)而產(chǎn)生激光的激光器。由于LD有較高的電-光轉(zhuǎn)換效率、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、可靠性高、波長(zhǎng)覆蓋范圍廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為當(dāng)今重要的激光器之一。
由于非對(duì)稱波導(dǎo)的影響，LD輸出的光束在垂直于結(jié)平面（快軸）和平行于結(jié)平面（慢軸）的兩個(gè)方向上由不同的發(fā)散角，而且兩個(gè)方向的束腰也不在同一個(gè)位置上，即存在固有像散。
LD輸出的光束必須要經(jīng)過整形才能實(shí)際應(yīng)用，因此，計(jì)算或?qū)嶋H測(cè)量LD的像散是非常重要的。
?1）LD像散的計(jì)算
在LD的指標(biāo)書中，一般都沒有給出像散的值，但是大都會(huì)給出LD的發(fā)光區(qū)大小（比如1um×50um，1um×100um等），快軸θ⊥和慢軸θ∥的發(fā)散角大小。
需要注意的是， LD的指標(biāo)書中一般用半高全寬 FWHM 定義遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角（全角），即光功率下降為max光功率的一半時(shí)的發(fā)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(dāng) Apodization Factor=1，邊緣光線對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)為中心光強(qiáng)的1/e2 (≈13.5%)。
基模高斯光束的FWHM與1/e2發(fā)散角的變換關(guān)系如下：
以下是LD像散計(jì)算示意圖：
上圖中，發(fā)光面上，快軸方向可看成是從點(diǎn)Oy發(fā)光，其發(fā)散角較大，慢軸方向可看成是從發(fā)光面兩端發(fā)光（反向延長(zhǎng)后交點(diǎn)在Ox），其發(fā)散角較小。t為像散，θx為θ∥的一半（1/e2），L為慢軸方向的發(fā)光區(qū)大小。由此，可簡(jiǎn)單計(jì)算得到像散為
例如：一款LD的發(fā)光區(qū)大小為1um×100um，發(fā)散角大小（FWHM）為40°×10°，計(jì)算該LD的像散As。
A）計(jì)算慢軸的θ1/e2
B）計(jì)算像散As
通過以上計(jì)算得到的像散大小，可以作為光學(xué)仿真的初步參考，也可以和實(shí)際測(cè)量的像差值作對(duì)比。
2）刀口法測(cè)量LD像散值
刀口法可以用來測(cè)量高斯光束的光強(qiáng)分布、遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角、透鏡的MTF，也可以用來測(cè)量LD的像散值。
刀口法測(cè)量LD像散值的系統(tǒng)，包括了LD、透鏡、刀口、光電探測(cè)器或光功率計(jì)。
測(cè)量方法：
A）激光二極管（LD）是被測(cè)光源，發(fā)射激光束經(jīng)過透鏡聚焦，形成不同角度的光束完整地打到光電探測(cè)器或光功率計(jì)上。
B）將刀口安裝在位移臺(tái)（例如螺旋測(cè)微器或多維調(diào)整架）上，并置于快軸光束的邊緣位置。
C）橫向移動(dòng)刀口位置，使刀口緩慢截?cái)喙馐?，并測(cè)試刀口位置與透過功率的關(guān)系。
D）可以采用25%/75%或10%/90%刀口測(cè)量方法，利用測(cè)試得到的數(shù)據(jù)，擬合出在該位置的光束直徑。
E）前后移動(dòng)刀口位置或LD位置，按照上述方法多次測(cè)試新位置處的光束直徑，并找到快軸焦點(diǎn)(光束直徑min)的位置。
F）將刀口旋轉(zhuǎn)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(gè)位置處的光束直徑，并找到慢軸焦點(diǎn)的位置。
H）快軸和慢軸焦點(diǎn)位置的差值就是LD像散差A(yù)s。 
3）狹縫法測(cè)量LD像散值
狹縫法測(cè)量LD像散值的系統(tǒng)，包括了LD、透鏡、分束棱鏡、光功率計(jì)、相機(jī)、橫縫光闌和豎縫光闌。
測(cè)量方法：
A) 激光二極管（LD）是被測(cè)光源，發(fā)射激光束經(jīng)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(jī)監(jiān)控反射光束的光斑形態(tài)。
B) 將橫縫光闌安裝在光功率計(jì)上，并可以隨著光功率計(jì)上下移動(dòng)。
C) 在光功率計(jì)上下移動(dòng)的過程中，根據(jù)光功率計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量的透射光束的功率，選取光功率的峰值位置作為目標(biāo)位置，如果光功率峰值不止一個(gè)，那就選取中間峰值位置作為目標(biāo)位置。此時(shí)，這個(gè)目標(biāo)位置就是快軸或慢軸的焦點(diǎn)位置。
D) 將豎縫光闌安裝在光功率計(jì)上，替換橫縫光源，并固定光功率計(jì)的位置。
E) 使用位移調(diào)整架，將LD向前或向后移動(dòng)，再次找到光功率的峰值位置，此時(shí)處在慢軸或快軸的交點(diǎn)位置。
F) 向前或向后移動(dòng)LD的距離，就是LD的像散值A(chǔ)s。

 

 

 

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