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1、第四章 半导体激光器及其光藉合技术一、原 理： 如图（4-1）示，沿PN结正向施加偏置电压。从P侧注入空穴，从N侧注入电子。空穴与电子结合释放出的能量变为光子，采用双重异质（DH）构造将光子及截流子有效地封闭在活性层内，GaAs天然解理面作为谐振腔反射面。4-1 半导体激光器半导体激光器 图4-1二、输出光功率的特性： 阈值电流 Ith（Threshold Current）：是LD的重要参数。 定义：使LD产生受激辐射的需要所注入的最小电流。 如图（4-2）所示：图4-2 1、当注入电流）计算。如图所示：由三角关系图4-8 例：设=50特点： （1）大相对孔径。 （2）一般不考虑色差（位置色差
2、和倍率色差）和场曲。 （3）重点校正球差、慧差、象散。 例1、光盘光学系统中成像物镜的典型结构，如图4-9示：大数值孔径，小工作距图4-9由NA=nSinu，及U=38.3例2、单透镜准直系统：由最小球差所得到最优透镜开头的比较： 图4-10图4-11三、椭圆光束的整形（整圆前必先准直）（一）整形比M的定义（如图4-11）（二）整形方法：1、拦光法：（图4-12）在距点为L距离处设置一圆孔光栏，使其直径为 缺点，光能利用率低。 图4-12 2、柱面望远系统（图4-13） 注意：1、扩束时：2、压缩时，特点：整形效果好，但成本较高3、单楔形棱镜整形已知： 及楔形棱镜的折射率n求楔型角 ，及入射角
3、i1，图4-13如图4-14示：在直角ABC中：在直角ABD中： （利用折射定律：sini1=nsini2）即 ， （4-12）图4-14 （1）楔型角x为： （2）求入射角i1： 由反射定律： （3）求偏向角，由图得： 例： 设计光盘整形系统 =0.780、n（780）=1.51079 半导体激光器型号：LTD24MD，发散角为 ，求楔型棱镜顶角 、 射角 和出射角（1）求整形放大比M（2）求楔型角（3）入射角 （4）出射角（或称偏向角）以上整形系统的缺点是入射光轴和出射光轴不平行（有一夹角），于使用不便。可采用双光楔解决此问题。图4-154、双楔形镜整形法（对上例所示的参数，采用双楔形镜整
4、形）如图4-15所示： 作用方法：（1）先画入、出射光轴线（平行）；（2）画 （结线），及第一整形镜；（3）画 （结线）及第二整形镜，使 ，并使出射光轴和第二整形镜出射面垂直；设两棱镜楔形角相等，折射率相等，且入射角 ，且两棱镜有相同的放大整形倍率。由前例其总整形放大倍率为M=3.06，则单个整形倍率为则可计算出单个楔形镜的相关参数为：1、光束耦合包括：（1）光源与波导之间的耦合（2）波导与波导之间的耦合2、光束耦合种类：直接耦合、透镜耦合、棱镜耦合、光栅耦合一、直接耦合如图：设光纤芯半径为r，入射角为，光束照射半径为R。（一）当=0时（正入射）：光纤波导的频率v：（定义） 4-3 光束的耦合
5、光束的耦合 其中： 波数R光束半径（）NA光纤数值孔径则 和耦合相对功率p之间关系如下讨论： 1、当2.4时，90%功率将耦合到光纤中去。 图4-16 （二）0时，出现高阶模，越大高阶模越多，（常用发光二极管LED和激光二极管LD） 设辐射功率的角分布（发光面上一点的角功率分布）： 式中：为入射角， 为中心辐射功率（常数），b为常数，b愈大，分布愈尖锐。 设发光面积 光纤端面面积 则，耦合到光纤中的光功率为 式中：Pf为光纤接受的半球光功率，2为积分区旋转一周（2r） ，As为整个发光面，fP为常数，对单根光纤fP=1 ，B（）sin为B（）在光轴方向的投影，d ：在子平面内积分。光源幅射功率：对图示系统，取 （半球空间积分）耦合效率为：当使用单根光纤时： 时 当NA很小时下面将运用“精确公式”和“近似公式”所算得的值作一比较：结论：1、直接耦合效率低；2、当NA较小时，“精确公式”和“近似公式”有较好的吻合，但NA较大时，则用两组公式计算误差较大。二、透镜耦合 利用透镜变换可以得大的发射立体角变换成小立体角，以满足光纤小数值孔径的要求，但上述思路带来的问题是：在孔径角减小的同时，光源像也放大了。 即由以下一组公式可以看出： 以上两个结论是互相矛盾的。 因此要综合考虑。图4-17
