锥形激光二极管 tapered laser diodes

2022-10-25 11:00:33 浏览:271

定义

包含锥形区域的激光二极管,以实现更高的光束质量。

单模激光二极管可以产生具有高光束质量的激光,但只能具有适度的光功率,例如几十毫瓦。对于更高输出功率,可以使用宽面积激光二极管,具有宽发射区域;然而,这些通常具有大大降低的光束质量,因此只有适量的辐射(亮度)。为了实现高输出功率和高光束质量的结合,已经开发了锥形激光二极管。它们可以称为高亮度激光二极管。虽然它们的输出功率与广域激光二极管相似(暂定略低),但它们的输出功率M2因素通常为2级,即离衍射极限不是很远。

理念

图 1:简化锥形半导体激光二极管的设置。蓝色区域是活动区域,至少在垂直维度上也充当波导。

锥形激光二极管具有类似于锥形放大器二极管的半导体芯片设计。最本质的区别是,虽然锥形放大器中的激光操作通过最小化端面的反射来抑制,但锥形激光二极管表现出这种端部反射,因此它可以在没有外部光学反馈的情况下进行激光操作。背面通常具有高反射率,而正面的反射率相对较小。还可以将布拉格光栅集成到小波导区域中,以选择发射波长并减少发射线宽度。

与普通广域激光二极管相比,有源区域的宽度在整个长度上是恒定的,而锥形激光二极管在光从输出侧返回小波导时表现出大量额外的功率损耗。这与提高光束质量的空间滤波作用有关。一些返回的光可能会导致小波导外区域的光泵浦,这是不需要的;为了防止这种情况,可以使用其他方法(例如,通过在该区域施加反向偏置电压)使该区域吸收,或者包括一些额外的沟槽以消除这种光。上述附加滤光片损耗不一定对功率转换效率有很大影响,尤其是在正面反射率较小的情况下。使用模式滤波的激光操作的细节很复杂,需要复杂的仿真模型来分析细节并优化器件设计。

在水平方向上,锥形激光二极管的激光谐振器可以被认为是一种不稳定的谐振器,具有高衍射损耗的特性。

锥形二极管条

一些二极管棒由锥形激光二极管制成,而不是普通的广域激光二极管。这导致光束质量的大幅提高,并相应地提高了辐射度(亮度)。虽然不同发射器的发射通常仍然是互不相干的,但水平方向上的光束发散大大减少。

光束组合技术可以进一步大幅提高辐射度 - 例如,光谱光束组合,其中不同的发射器在略微不同的波长下工作。

带锥形放大器的外腔二极管激光器

也可以制造外腔二极管激光器,其中增益介质是锥形放大器。有关更多详细信息,请参阅有关锥形放大器的文章。

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激光器

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