邊發(fā)射半導(dǎo)體激光的光束特性由半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)決定。

圖1：邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)圖

圖1為一個(gè)典型的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器芯片結(jié)構(gòu)，它的尺寸為：厚度120μm，寬度500μm。光反饋結(jié)構(gòu)是由芯片兩端的解理面構(gòu)成的F-B諧振腔，長(zhǎng)度為1000～2000μm，外延層的厚度大約為5μm，是5層結(jié)構(gòu)，包括n型摻雜覆層、n型摻雜光波導(dǎo)層、有源區(qū)、p型摻雜光波導(dǎo)層和p型摻雜覆層。

半導(dǎo)體激光器諧振腔的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，該諧振腔置于由兩端解理面構(gòu)成的反射鏡之間，這兩個(gè)解理面需要鍍膜以得到高出光功率。半導(dǎo)體激光器的近場(chǎng)分布及模式由外延層的材料和厚度決定。

圖2：邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器諧振器的結(jié)構(gòu)圖

由于半導(dǎo)體激光器的特殊結(jié)構(gòu)，它的出射光束存在像散。當(dāng)用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體激光器解理面上的近場(chǎng)成像時(shí)，由于存在像散在焦線上出現(xiàn)兩個(gè)像點(diǎn)。半導(dǎo)體激光器在橫向都是利用有源層兩邊折射率差形成的光波導(dǎo)效應(yīng)對(duì)有源區(qū)光子進(jìn)行限制，而在側(cè)向存在增益波導(dǎo)與折射率波導(dǎo)兩種光限制類型。

圖3：快慢軸像散

如圖3(a)所示，在垂直于結(jié)平面（快軸）方向，高斯光束的束腰在解理面上，且在束腰處為平面波前。

如圖3(b)所示，在平行于結(jié)平面（慢軸）方向，在腔內(nèi)距腔面為D（稱為像散量）的地方出現(xiàn)虛腰，這是外部觀察者能看到的最小近場(chǎng)寬度。

因此，從傳播方向看去，兩個(gè)方向的合成波前呈圓柱面，這種輸出光存在像散。其影響是，用球透鏡對(duì)解理腔面成像時(shí)，虛腰的像面與腔面的像面(橫向光場(chǎng)束腰的像面)不對(duì)應(yīng)同一處，其后果是使遠(yuǎn)場(chǎng)分布出現(xiàn)“兔耳”狀。同時(shí)，像差的存在使側(cè)向模式增多，光譜寬度加寬。

這給應(yīng)用帶來很大困難，除非采取消像差的措施，否則難以用一般的光學(xué)系統(tǒng)聚焦得到很小的光斑，焦斑的光場(chǎng)分布不均勻，也很難實(shí)現(xiàn)激光器與單模光纖高效率的耦合。

邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)并非嚴(yán)格的高斯分布，在橫向和側(cè)向有較大的不對(duì)稱的發(fā)散角。

由于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的有源層很薄，因而在橫向的發(fā)散角θ⊥較大，可表示為

上式中，

d為有源層的厚度，λ為激光波長(zhǎng)。

當(dāng)d很小時(shí)，則簡(jiǎn)化為

當(dāng)有源層厚度與波長(zhǎng)可比擬時(shí)，且激光仍工作在基模，可近似得到

由此可以看出，隨著d的增加，θ⊥會(huì)減小。

由于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器在側(cè)向有較大的有源寬度W，其發(fā)散角θ∥較小，可表示為

來源：阿光聊光

審核編輯：湯梓紅