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大面积激光二极管
作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2019.11.09
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大面积激光二极管是辐射区域具有非常不对称形状的激光二极管。大面积激光二极管(也称为宽条形或者宽发射器激光二极管,单发射器激光二极管和高亮度二…
  大面积激光二极管是辐射区域具有非常不对称形状的激光二极管。
  大面积激光二极管(也称为宽条形或者宽发射器激光二极管,单发射器激光二极管和高亮度二极管激光器)是边发射激光二极管,其中位于前表面的发射区域的形状为宽条形,尺寸为1 μm?×?100 μm.由于发射器是非对称的,光束的性质在两个方向上也是不同的:
  1,在垂直方向,宽度很小,因此容易实现单模传导,且得到衍射极限的光束质量,因此[[M2因子|M2因子]]稍大于1.由于孔径很小,在该方向的光束发散角很大,光束发散叫的半角为370 mrad,对应的FWHM角范围为25°。由于发散很快,也称该方向为快轴。
  2,在长度方向(慢轴方向),长条的宽度可以是50,100,200μm甚至更大,因此在该方向上光具有多个空间模式。因此,光束发散角远大于同尺寸衍射极限的光束,尽管其远小于快轴方向的发散角。光束质量会下降,对于100 μm的长条,M2在20左右。另外,在水平方向,光束可能有多个峰,强度分布与入射电流有关。
  长条越宽,能够得到的功率越高,但是在慢轴方向的光束质量越差。技术上发展的方向是得到越来越高的功率,即使采用的长条很窄的情况下,但是这受限于其前端面很高的光强和相关的热学问题。特殊的端面钝化技术可以实现更高的功率。孔径宽度为100μm时,商用器件的输出功率通常为几瓦甚至10瓦。
  光束形状的机器不对称以及在快轴方向上很大的发散角需要对大面积激光器的输出进行仔细的对准。常用的方法是采用圆柱形的快轴准直透镜,具有很大的数值孔径,可与二极管端面相比拟。这种透镜可以在快轴方向准直光束,避免光束半径变得过大。第二个圆柱形透镜在更远处可以用来准直慢轴光。通过选取合适焦距的透镜,可以得到圆形光束,但是由于在两个方向上具有不同的光束质量,因此具有不同的发散角。
  激光谐振腔通常都是单色的,半导体芯片端面的电介质涂层提供反射。在较少见的情况下,外置激光谐振腔的一端会采用抗反射涂层。(参阅外腔二极管激光器)
  大面积激光二极管常用来泵浦固态激光器。一个器件具有200μm宽的发射器可以辐射的功率为2-4W,因此泵浦激光器可以辐射功率约为2W.激光二极管通常放置在热电冷却器,可以在几纳米的范围内调谐辐射波长,因此辐射峰值与激光晶体的吸收峰值匹配。
  有些二极管线阵具有特殊的性质:
  将快轴准直透镜集成到激光器装置中。由于这样外装置的对准公差很小,因此是有利的。还有的激光二极管模块具有两个方向的内置光束准直器。
  内置的布拉格光栅可以稳定辐射波长,使辐射光谱变窄。采用外置的布拉格光栅也能够实现相同的效果。
  还有拉锥二极管激光器,其中在传播方向上的宽度显著增大,因此有源区面积也会显著增大。光束质量和亮度要比在整个有缘区域具有峰值宽度的激光二极管高。但是,输出具有很强的像散,与工作功率有关。
  与二极管线阵对比
  将多个大面积发射器结合起来得到一个器件就是二极管线阵,可以得到几十瓦甚至大于100W的光功率。但是,二极管线阵的亮度比单个发射器的激光器要低,虽然其输出功率更高,因为其光束质量更低。因此,设计二极管泵浦的激光器要比简单的将大面积二极管泵浦要简单。即使是高功率激光器,包括高功率光纤激光器和放大器,采用多个大面积激光器代替二极管线阵也是由很多优势的。其中一个优势为大面积二极管激光器可以开或者关,而不会缩短寿命。

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