zemax仿真半导体激光器

2024-04-13 10:53:37

1、先简单介绍一下半导体激光光束特性

半导体激光是高斯光束（激光都是高斯光束），光束截面内振幅呈高斯分布，高斯光束的半径为无穷，但r=0处A最大，r增大时A迅速下降，以r=w时为激光束的名义半径，此时A=A/e。

根据激光谐振腔衍射理论，在均匀透明介质中，高斯光束沿Z轴方向传播的光场分布为：

C是常量，k是波数，

高斯光束的截面半径：

高斯光束传播到z处的曲率半径：

半导体激光器一般用他的远场或是近场来描述其光束性质，近场分布是指半导体激光器出射端面附近的半导体激光器的激光光束特性，远场分布特性是指距激光出射端面一定距离的半导体激光的光束特性。半导体激光器的发光面是一个狭长的矩形，光束会在矩形的短边方向发生强烈的衍射作用，所以他的光斑是椭圆形。

半导体激光器还存在像散，半导体激光器的光束在快轴和慢轴方向的发射点不重合，即存在像散。

2、zemax仿真半导体激光器

半导体激光器光源用zemax中的模拟可以用zemax里非序列中的 source diode，source diode 可以模拟单个半导体激光器，一维半导体激光器阵列和二维半导体激光器阵列。

在 ZEMAX 中，半导体管沿角度方向上强度分布可用下式表示 :

式中， I0 为 z 轴上光强; θx 和 θy 分别是光束与 x-z 面和 y-z 面夹角; αx 和 αy 分别为 x 和 y 方向上高斯强度1 /e2 点的远场半发散角; Gx 和 Gy 分别是 x 和 y 方向上的“超级高斯因子”，其值为 1 时，是典型的高斯分布。多数半导体激光器制造商将激光强度为中心强度一半时的角度( 半峰全宽角 θFWHM) 定义为远场发散角。

半高全宽的发散角是由高斯光束半径确定的半发散角的1.18倍。

关于source diode参数的含义（从像散开始）:

Sx，Sy表示高斯光源的束腰大小。在像散不为零时，空间分布项可以被忽略，一般LD都会存在像散，主要还是对第八项和第十项的超高斯因子进行设定。

那么这些参数如何取才能最符合我自己的半导体激光器呢？

发散角可以通过测不同距离处的光斑大小来求得，像散g可以通过g=xtan(αx )-ytan( αy)来求得，

束腰大小大概是出光面处能量降到e^2分之一出的坐标值。

高斯因子就选为1，即典型的高斯分布

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