定义
发射区域形状强烈不对称的激光二极管。
广域半导体激光管（也称为宽条纹、多模单发射器或宽发射器半导体激光管、单发射器半导体激光管和高亮度二极管激光器）是边缘发射半导体激光管，其中前面的发射区域具有宽条纹的形状（见图 2），尺寸例如 1 μm × 100 μm。 由于发射器的不对称性，两个方向的光束属性也完全不同：
- 在垂直（短）方向上，高度（例如 1 μm）足够小以获得单模引导，因此基本上是衍射限制的光束质量，具有M2因素仅略高于 1。 由于孔径尺寸小，该方向的光束发散相对较高，光束发散半角例如370 mrad，对应于25°的FWHM角范围。 由于这种快速发散，这称为快速轴方向。
- 在长方向（慢轴方向）上，条纹宽度可以例如50、100、200μm甚至更大，以便光在这个方向上分布在许多空间模式上。 因此，光束发散比具有该尺寸的衍射极限光束大得多，尽管仍然明显小于快速轴方向。 （典型值约为 5–10° FWHM。 聚焦能力方面的光束质量降低；这M2因素例如，对于 100 μm 条纹，可能是 20 的数量级。 此外，光束轮廓可以在水平方向上多峰，并且强度模式的形状可以取决于注入电流。
图1：广域半导体激光管输出的光束半径在“快”和“慢”方向上的演变。光束半径从快速轴方向上的小得多的值开始，但迅速增加。
输出面的波前在水平和垂直方向上近似平面，但可能存在一些散光，即两个方向的焦点位置略有不同。
图2：广域半导体激光管。
条纹越宽，可实现的功率越高，但“慢速”方向的光束质量越差。 技术趋势是即使从窄条纹中获得越来越高的功率，但这受到前面的高光学强度（可能导致灾难性故障）和热问题的限制。 可以使用特殊的刻面钝化技术来实现更高的功率。 对于 100 μm 宽孔径，商用设备的输出功率（例如在 0.8 μm 波长区域）通常为几瓦或高达 10 W 的数量级。 类似的器件也可以在其他波长区域使用，例如大约 480 nm（蓝色）或 1550 nm，但通常性能较低。
激光谐振器在大多数情况下是单片的，半导体芯片端面上的介电涂层反射。 在不太常见的情况下，外部激光谐振器（→外腔二极管激光器）使用一侧带有抗反射涂层的增益芯片。
不对称光束属性
强烈的不对称光束轮廓和“快速”方向上的大发散需要特别注意，例如正确准直广域激光器的输出。 一种常见的方法是使用圆柱形“快速轴准直器”透镜，该透镜具有高数值孔径，靠近二极管刻面。 这种透镜在光束半径变得太大之前，在快速轴方向上准直光束。 然后可以使用更远距离的第二个柱面透镜在慢轴方向上进行准直。 通过选择具有合适焦距的透镜，可以获得圆形光束，但由于光束质量值不同，圆形光束在两个方向上具有不同的发散角。
图3：来自多个广域发射器的堆叠光束，经过合适的光束整形器——一列（左）或两列（右）。
当使用多个（例如 10 到 20 个）广域发射器时，可以将更高的功率（数百瓦甚至几千瓦）发射到具有给定参数的多模光纤中，其输出与合适的光学器件正确组合（图 3）。 在这里，人们堆叠了这种二极管的细长发射模式，使得总体上大致二次区域充满了辐射，其形状更适合多模光纤芯的圆形横截面。 在发射器数量较多的情况下，可以将发射器排列成两列。
特殊功能
一些二极管条具有特殊功能：
- 快速轴准直透镜可以集成到激光封装中。 这很有帮助，因为外部安装的对准公差会很严格。 还有在两个方向上内置光束准直的激光二极管模块。
- 内置布拉格光栅可以稳定发射波长，使发射光谱明显变窄。 使用外部体积布拉格光栅也可以实现相同的效果。
- 有锥形半导体激光管，其区域宽度和有源区域的面积沿传播方向显着增加。 由于宽度较小的直线区域，实现的光束质量和辐射（亮度）优于在整个有源区域具有最大宽度的半导体激光管。 因此，这种二极管通常被称为高亮度激光二极管。
锥形放大器器件
作为广域二极管激光器的替代方案，可以将锥形放大器用作MOPA器件的一部分或外腔二极管激光器。 使用该技术，人们可以获得类似的输出功率以及更好的光束质量。
与二极管条的比较
在单个器件中组合多个宽面积发射器会导致二极管条，该二极管条可以发射数十瓦甚至超过100瓦的光功率。 然而，尽管输出功率较高，但二极管条的亮度低于单发射器激光器，因为水平方向的光束质量要低得多。 因此，当使用广面积二极管进行泵浦时，二极管泵浦激光器的设计通常更简单。 即使对于高功率激光器，包括高功率光纤激光器和放大器，使用大量广域激光器而不是更少的二极管条进行泵浦也具有一些优势。 其中之一是，除二极管条外，宽面积二极管激光器通常可以相当频繁地打开和关闭，而不会缩短使用寿命。
广域激光二极管的应用
广域激光二极管通常用于泵浦固态激光器。 具有 100 μm 或 200 μm 宽发射器的设备可能很容易发射几瓦。 激光二极管通常安装在热电冷却器上，这使得可以在几纳米内调节发射波长，从而使发射峰值可以与激光晶体的吸收最大值相匹配。
也可以使用这种二极管来泵浦光纤激光器。 在其他情况下，使用二极管条，其中包含多个宽面积发射器。
另一个重要的应用领域是激光材料加工，请参阅有关直接二极管激光器的文章。
参考文献
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