激光二极管光束特性的研究.pdfVIP

维普资讯 第 24卷 第 2期 四 川I师 范 学 院 学 报 (自然 科 学 版 ) 2003年 6月 V01．24 No．2 JournalofSichuanTeachersCoHege(NaturalScience) Jun．2003 文章编号：1001—8220(2003)02—0167—04 激光二极管光束特性的研究 李宾 中，曾林泽，薛晋惠，林铭建 (Jtl：ll~lK学院物理教研室。四川 南充 637007) 摘 要 ：对激光二极管的光束特性进行了研究．基于二阶矩定义，对激光二极管光束的光束传输因子 (M2因子)、 束宽、远场发散角和 内禀像散不变量等光束特征参数作了理论推导和分析 ．激光二极管光束的光束特性与激光二 极管运行时的多模模阶次和各阶模的权重因子成比例 ，模阶次越高或高阶模的权重越大，其光束质量越差．对激光 二极管光束在 自由空间中传输的模拟成像与实验结果相符． 关键词 ：激光二极管；光束特性；光束特性参数；像散 中图分类号：0435 文献标识码 ：A ． 近年来，由于半导体技术和冷却技术的发展，已获得输 出能量从几十瓦到几百瓦乃至上千瓦的激光二极 管系统．这些高功率激光二极管具有效率高 (连续模输 出约达 35％)、寿命长 (可达上万小时)、结构紧凑易于 处理、运行电压不高且用驱动 电流调制的显著特点，因而获得了越来越广泛的应用，如用于激光通信、激光医 学、泵浦固体激光器和材料加工处理等，它吸引了人们极大的研究兴趣u-7J．与固体激光器、co2激光器等相 比较 ，高功率激光二极管有不 同的光束特性 ，尤其是光束质量 ．激光二极管的光束特性 已在许多方面影响了 它的应用 ，因此研究其光束特性具有十分重要 的意义 ．本文用厄米 一高斯 一高斯 函数描述激光二极管光束 ， 基于二阶矩定义，研究了激光二极管光束的光束质量(JjIf因子)、束宽、远场发散角和 内禀像散不变量等光束 特征参数 ． 1 激光二极管 图 1所示是一个典型 的激光二极管 的波导模型 ． 以GaAs双异质结激光二极管 (DHLdiode)为例 ．一薄层 (0．1—0．5 m)GaAs与其两侧 的敷层 (P—Gal一AIAs和 p-CLADDING P-ify ACTIVE REGION L+】 n—Gal一AIAs)便形成了双异质结．双异质结能最大限 n—CLADDING 。 度地将注入载流子 限制在激活 区内以获得低 阈值 电流 ； 同时激活区的折射率 比其周围敷层的折射率高，在 Y方 向便形成 了介质波导 ，从而将光学模式限制在激活区内． 在 方 向用增益波导或折射率波导结构来限制载流子 图 1 激光二极管三层板条波导模型和基波 并控制 方向的光场 ． 导模强度分布 (介质折射率 2 1) 2 激光二极管光束的传输特性 Fig．1 Three—layerslab-waveguidemodel0falaser diodewitllrefractiveindicessuch as l’ 激光二极管运行时，通常有高阶模式在振荡 ，因此用 andtheimensi~ distributionofhtefundamen— 厄米一高斯 TEM邮混合模来模拟激光二极管光束 ．4]．设 talwave．guidenlodeisalsoshown 收稿 日期 ：2003一Ol一15 基金项 目：国家 863计划激光技术青年科学基金资助项 目(410