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FRED应用:激光二极管的模拟
时间:2022-10-11 17:48来源:讯技光电作者: 技术部点击:打印

简介
 
当提及模拟激光二极管时,FRED软件具有极大的灵活性。在这篇应用笔记中,将会描述简单到详细的激光光源模型。最基本的模型是高斯TEM0,0模。更高级的模型包括在束腰上偏移和发散中的像散光束。激光也可以使用其M2因子表示。最后,可以创建一个任意混合模的激光。该模式可以选择任意TEM模的高斯分布(Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, 及 Laguerre Sine)
 
例1.高斯00模
“激光光束(高斯00模)”光源由一个准直的光线网格组成,通过切趾,可以具备在束腰处的高斯00辐照度分布。该光源具有非常低的发散角度。注意到如果选择的网格尺寸小于光束尺寸,光束将会被截断和并会遇到衍射现象,就好像被一个圆孔挡住一样。
 
 
图1.简易激光光束(高斯00模)规格
 
例2.像散高斯光束
“像散高斯光束”光源提供了一个更加实际的模型。大多数半导体激光遭受像散:束腰的x和y分量沿轴位移。在折射率型波导中的激光器,位移一般是2-8µm。在增益型波导中的激光器中,位移一般约为40µm。通过指定x和y的发散角和焦点的距离,可以模拟像散。该光源类型也允许光线在离束腰某些距离处产生,以获得更大的精度。
 
 
图2.简易像散高斯光束规格
 
图3 发散的像散激光光源的光线追迹示意图,沿着:x-z轴(左),y-z轴(中)和透视图(右)。发散角在x方向是5°,在y方向是15°。焦点分开了0.5个单位。
 
例3.激光二极管光束
 
激光二极管光束是一种更新和更准确的像散型发散激光源模型。激光用x和y方向发散角和焦点的位置指定。此外,发散角的准确含义可以根据不同的半宽和全宽来说明。这种激光模型也对相干光传输更精确的模拟进行了Gabor合成。
 
 
图4.简易激光半导体光束规格
 
例4.M平方激光束
“M平方激光束”光源类型基于其M2因子模拟一个激光,,也被称为光束质量或光束传播因子。M2最小的可能值是1,这会指定一个高斯TEM00光束。M2的更大值表明在光束中高阶模的混合。为了确定在FRED中创建的M2光束的模式组成,在树上右键点击源“detail report”,然后选择Detailed Analysis。
 
图5.左:简易的M平方激光光束规格。右:指定的M2激光光源中的模式分布。
 
混合模,高阶模
当一个激光不具备足够的空间滤波时(限制孔径大于最低阶模式半径),多模光束就会产生。因此,多重模式在激光谐振腔中产生。为了模拟一个具有特定模式分布的激光,多个光源可以分配给每个TEM模式。这需要Detailed Optical Source类型来创建这一模式,首先通过选择光源位置的一个六边形或网格平面来建立,然后设置高斯切趾。切趾允许的规格有:x和y的半宽、横向偏移、模式数目(m, n)和模式类型(Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine)。几个TEM模式的辐照度分布如图6所示。混合模的例子如图7所示。
 
图6.在FRED中模拟的不同高斯TEM模的辐照度分布
 
图7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模组成的混合模的辐照度分布,功率分配为[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有轻微的轴向偏移。
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