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由柱面透校正像散半导体激光光束
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发表于: 2021-09-18
案例574(1.0)
FZlWsp=
由柱面透校正像散
半导体
激光
光束
Otuf]B^s
作者:Daniel Asoubar(LightTrans)
pnOAs&QAm
相关文件:Sc567
a=2%4Wmz
需求:VirtualLab™5.11.1–基本工具箱
Q &JUt(
许可证:CC-BY-SA 3.0
T8g$uFo
z:*|a+cy
1. 摘要
uXvtfc
1) 这个案例显示了使用球面准直
透镜
和一个柱面透镜对“边缘发射”(“edge-emitting”)半导体
激光器
产生的高斯光束进行像散矫正。
=,M5KDk`
2)
参数
优化
(parametric optimization)用于找到最优的柱面透镜
焦距
来减小光束像散。
lo+A%\1
3) 由于准直透镜的光束剪切,优化后的系统的波动
光学
分析显示有旁瓣(side-lob)。
.q>iXE_c
}7Q% 6&IR
2. 半导体激光器的像散
e7 o.xR
1) 通常由“边缘发射”(“edge-emitting”)半导体激光器发出的光是像散,这意味着在x-z-平面和y-z-平面高斯光束的腰位置并不在同一轴向位置z。像散的幅度由距离p决定。
,J@
2) 此外由于激光半导体中有源层的形状,光束在x和y方向具有不同的发散角。在此例子中,我们假设:Θ𝑥<Θ𝑦,意味着x方向是光束的慢轴且y方向是光束的快轴.
L8B!u9%
0l6.<-f{
7.oM J
3. 像散补偿
"to;\9lP
1) 像散可以由准直透镜和一个柱面透镜补偿。
=^?/+p8k
2) 此外,这个装置在x和y方向上对光束进行准直,这样最终的发散角在两个方向上是相等的。
?@86P|19
7[)E>XRE
4. 半导体激光像散的建模
e^voW"?%
/N{*"s2)
假设折射率波导(index-guided)半导体激光器有很高的光束质量,这意味着
光源
可以由一个简单的基模厄米(Hermite)高斯模式模拟。
n[rCQdM&U"
请注意VirtualLab也可以模拟多模或高阶半导体激光器。详情请查看Scenario567。
WyiQoN'q
在本例中,半发散角度(1/e2)是:Θ𝑥=6.5°和Θ𝑦=26.5°
upmx $H>
单色源的
波长
为670nm。
QXK{bxwC
像散的大小p可以由y和x平面之间的 “偏移”(Offset)这个参数定义。在我们的例子中是-10um,对折射率波导
75lA%| *X
Bzf^ivT3L
[/r(__.
图1
{Sh ;(.u^
下图显示了由激光二极管发出的像散波前。
Pm7}"D'/
E1 2uZ$X
图2
1% ` Rs
5. 准直透镜孔径的光束剪切
{JLtE{
1) 由于半导体激光光束有很大的发散角,准直透镜必须放在二极管前面的几毫米之内。通常透镜数值孔径小于Θ𝑦,并且透镜孔径在y方向剪切或截趾了光束。这种剪切影响光束的衍射特性,所以“旁瓣”(”side-lob”)出现在光束的远场图案中。因此,光束传播不能仅用简单的高斯传播技术。更一般的衍射积分,像平面波的角谱(SPW)方法在VirtualLab中用来确保自由空间中的光束的严格传播。
K&-"d/QuLg
2) 在我们的示例中,球面准直透镜的数值孔径是:
At;LO9T3z
NA=0.37
xmoxZW:
并且焦距
Vurqt_nb
f=5mm。
$`8wJf9@w
;^L(^Hx
6. 柱面透镜
307I$*%W
1) 在我们的示例中,假设柱面透镜引入抛物线相位:
QT}tvm@PMq
2=}FBA,2
在此,fx=∞。(在我们的例子中,我们使用100km来近似∞。)
Q>z8IlJ}
2) 在下面我们将通过使用参数优化(parametric optimization)来补偿光束像散。我们将找到最佳值
,以确保在x和y方向上的最终半发散角相等。
X?Q4} Y
3) 作为一个起始条件,我们将选择
=1m。
BgT*icd8d
UiNP3TJ'L
7. 初始设置
:`sUt1Fw.
1) 初始设定的波动光学仿真
=1m清楚地显示准直透镜孔径的光束剪切:
Id9TG/H7
Y]a@j!
(9)Q ' 'S
2) 柱面透镜之后的光束参数探测器(beam parameter detector)是用来计算在x和y方向上的半发散角。其结果是:
6S#Cl>v
p#tI;"\y
i6Gu@( 8Q
3) 柱面透镜之后1m得到光束形状如下:
/-s6<e!
rJB}qYD
#-J>NWdt
4) 由于在准直透镜孔径的剪切,远场模式显然是非高斯模式。
yhJ@(tu.Gd
ar,7S&s