半導(dǎo)體二極管激光器光學(xué)分析

1、$%年 $月 -./) $%! 不產(chǎn)生粒子數(shù)反W6,在我們的情 況下!脈沖間的振動(dòng)能級(jí)激發(fā)有效 圖！不同成份的 0 - V 0 Q 0 【1 Q.O IU0.0150.0200.025 #$%* $ *370#-03: *0!9 2 60+:-03: #!#20+ !*9:+ 7*8;2 0 .0$#?2 E F+ ;i Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ $%年$月 -./) $%! 圖”為限定激光模！用導(dǎo)向?qū)影鼑せ顚咏M成半導(dǎo)體二極管激光器”通過正電極注入 電流!由在結(jié)對(duì)面的接地

2、電極收集電流 質(zhì)和覆蓋層也是高透明的“ 圖$表示在單橫模二極管激 光器0! %123%456前方的強(qiáng)度和相 位分布圖“在結(jié)平面光束發(fā)散角 7半高全寬8是”!19! !與結(jié)垂直方 向是1:;!在圖$上方一行的圖 08!像散距離7定 義在自由空間中水平束腰和垂直 束腰之間的等價(jià)距離8 是#! 1 *%!5 !沿 軸輕微展寬光束！相位 波前發(fā)散！其峰？谷變化7即束的邊 緣到中心8是*$%!在底行圖 7. !5光束進(jìn)一 步在水平方向加寬7比無像散時(shí)8! 相位分布顯示峰？谷變化*2%! 在激光器向前方發(fā)射的光束！ 呈橢圓截面是合理的7由于衍射8! 對(duì)于“遠(yuǎn)小于的情況在激光 激活區(qū)內(nèi)產(chǎn)生像散是由于非均勻

3、增益剖面7沿“軸8的原故“由于 靠 近腔的光軸增益最高！光輻射在腔 中沿！軸傳輸時(shí)！光束向光腔軸產(chǎn) 生(增益聚焦)效應(yīng)!結(jié)果是沿腔軸 比兩側(cè)有更強(qiáng)的放大B*C*因而!對(duì)應(yīng) 光束向中心塌陷的趨勢(shì)！發(fā)散相位 剖面自動(dòng)形成*關(guān)于這個(gè)性質(zhì)！下 面會(huì)詳述* 另一個(gè)感興趣的二極管激光 束性質(zhì)是它的偏振典型的是線 偏振!其電場(chǎng)平行于結(jié)平面這個(gè) 性質(zhì)反映這樣的事賣寸于平行于 結(jié)的偏振菟即#!8!其增益多少 要 比垂直偏振光下文的#8高* 與 #相關(guān)的導(dǎo)向模在$方向要比與 曲相關(guān)的模略為加寬因?yàn)榧訉捘?比緊湊模與增益介質(zhì)層交疊得少 所以當(dāng)緊湊模超過閾值并開始產(chǎn) 生激光時(shí)加寬模還未達(dá)到而且！ 限制電子和空穴在薄激

4、活7層量子 阱8!對(duì)#7相對(duì)于#8更易使激 發(fā) 電子和空穴釋放出光子并返回基 態(tài)實(shí)際上#偏振超過# !是兩種 效應(yīng)組合的結(jié)果* 圖# $%7/|厚的夾層式膜層(5所示的！其 在激活區(qū)中心的相位下降到！)0!2 相 應(yīng)于#96)!#05相位從這個(gè)極小值 起沿！軸以高斯型增加！在激活層 的高吸收區(qū)達(dá)到8)*#!這導(dǎo)致沿！ 軸反向?qū)?由于在激活層內(nèi)折射 率不均勻5在激活層內(nèi)的高斯相 位 剖面迫使激光束沿 ！軸發(fā)散！超過 僅由增益剖面產(chǎn)生的發(fā)散 #$ %/5所示的 振幅?相位掩模用傳輸方法的模 擬 結(jié)果!確認(rèn)僅由增益剖面引起的 -./) $%! 像散然后給岀用圖675所 示的振幅？相位掩模$得到的模

5、 擬結(jié) 果!揭示折射率反向?qū)?的增 益介質(zhì)7由粒子數(shù)反轉(zhuǎn)引起5可能 進(jìn)一步增加感應(yīng)像散) 圖！上方一行的圖表示用掩 模在光束傳輸方法8%步后的 75強(qiáng)度!7/5強(qiáng)度的對(duì)數(shù)和7;5相位 圖形每步對(duì)應(yīng)在折射率#%96)6的 介質(zhì)內(nèi)傳輸%)!的距離!在本模擬 中總傳輸距離是 A!B看到的限 制在導(dǎo)向?qū)又械墓?！僅以微小的分 數(shù)值泄漏7即逐漸消失5到基底和 蓋 板中“逸岀導(dǎo)向?qū)拥墓庾罱K以散射 或衍射損失到系統(tǒng)外“在圖!7;5 中！沿！軸的峰？谷相位變化為 *8%!相應(yīng)于幾個(gè)微米的像散發(fā)散 光束圖！下方一行的圖與上方一 行的類似！不同的是用掩模$得到 的“與增益介質(zhì)無折射率反向?qū)?情況下比！光束沿！軸

6、略有加寬 圖！ 7C5中峰？谷相位變化是*:0! 7沿！軸5+對(duì)應(yīng)著比圖!7;5情況有 更大像散的發(fā)散束 圖!7D5表示在上述模擬中得 到的光束功率與傳輸距離$的關(guān) 系開始光功率下降！因?yàn)槌跏脊?束 對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自身調(diào)整 ！擋掉 了 與波導(dǎo)模剖面不匹配的光然后增 益介質(zhì)起作用！光功率指數(shù)上 圖2在1-步光束傳輸方法后的(左面 給岀在 位于 %):#$準(zhǔn)直透鏡岀射光瞳后面 *%77平面上的強(qiáng)度1上圖 和相位 該透鏡位于距激光束兩光腰之間的 中點(diǎn) %3!)477 處!顯示的相位 花樣 分別對(duì)應(yīng)于像散 ? %$ 的梯度折 射率材料制成透鏡的凈孔徑! 3 0)%77 !3)$77 激光器前表面 與該

7、透鏡第一表面之間的距離是 %)9!577 用折射率(3):0均勻玻 璃制成的平面 柱面第二個(gè)透鏡與 第一透鏡相距%)94877其厚度；沿 光軸方向 是 9)$77!長(zhǎng) 077!曲率 半徑977!凈孔徑)077透鏡表 面皆涂消反射膜“ 圖5表示在圖8平面 柱面透 鏡后%)977處的觀察平面上計(jì)算的 強(qiáng)度和相位圖形“透鏡對(duì)捕獲的光功 率約5%A!在觀察平面上的均方根波 前像差為B%)4!同樣的透鏡對(duì)1 輕微調(diào)整兩鏡間的距離!在 目前激光束像散情況！可用于準(zhǔn)直 而不引起波前質(zhì)量任何退化 在光束準(zhǔn)直前通過沿光束的 慢軸傳播！則柱透鏡對(duì)能夠調(diào)節(jié)束 截面的橢圓度當(dāng)然！第二透鏡需 要的物理參量與希望的準(zhǔn)直束

8、的短 軸和長(zhǎng)軸比有關(guān)！但是！原則上任 何橢圓度都能達(dá)到“這樣!柱面透 鏡對(duì)不僅能將二極管激光器的發(fā)散 光束準(zhǔn)直！而且還能使光束截面整 形1特別是成圓形 #漸變放大和光束壓縮 圖4表示經(jīng)漸變棱鏡沿！軸擴(kuò) 展光束后！用無像差透鏡使二極管 激光束準(zhǔn)直這種準(zhǔn)直的漸變放大 光束接著用無像差透鏡聚焦！其效 $, hup:/ki.nei 垃 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All riglus reserved. $%年 $ 月 -+75O -75h175(5 圖！ 從圖”所示的透鏡對(duì)射出的激光束# $%$&-從第二個(gè)棱鏡進(jìn)入 /?%$& -聚焦透鏡的焦平面 &所示 之后！準(zhǔn)直光束的傾角有顯著減 小激光束的像!除被圓形化之外！ 更靠近在&%的光軸！如圖/?%$ 圖*與圖*%情況相似!但將 二極管激光器沿!軸位置移動(dòng)到 !3$%!6光束的準(zhǔn)直和漸變放大 工作如前述!但是從準(zhǔn)直鏡岀射的 光束與#軸傾斜約$8!棱鏡對(duì)沿 !軸將光束放大=9)9倍!同時(shí)也將 光束的傾斜減小相同倍數(shù)凈結(jié)果 是把激光器前表面的亮橢圓斑點(diǎn) 像！除了尺寸被壓縮之外還使它 更靠近光軸!3?8):!6這是一個(gè) 很重要的結(jié)果例如!可用于非相 干激光束的壓縮典型的高功率多 橫模二極管激光可