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使用 ZEMAX 序列模式模拟激光二极管光源 半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。半导体二极管激光器是最实用最 重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成 电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达 GHz 的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激 光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等 方面以及获得了广泛的应用。工业激光设备上用的半导体激光器一般为 1064nm、532nm、355nm，功率 从几瓦到几千瓦不等。一般在SMT 模板切割、汽车钣金切割、激光打标机上使用的是 1064nm 的，532nm 适用于陶瓷加工、玻璃加工等领域，355nm 紫外激光适用于覆盖膜开窗、FPC 切割、硅片切割与划线、 高频微波电路板加工等领域。军事领域半导体激光器应用于如激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、光测 距、激光通信电源、激光模拟武器、激光瞄准告警、激光通信和激光陀螺等。 半导体激光二极管基本结构：垂直于 PN 结面的一对平行平面构成法布里—珀罗谐振腔，它们可以是半导 体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光 作用。激光二极管由于 PN 结发光位置不同，形成了两个方向的发散角，称之为二极管的快轴和慢轴如图 所示，平行于 PN 结的方向为慢轴方向，垂直于 PN 结的方向为快轴方向，对于发光角度来说，快轴的发 散角要大于慢轴发散角，一般两者的比值在 2-3 倍左右。 公式如下 公式中：θ 和 θ 是快轴和慢轴的发散角，Gx 和 Gy 是 X 和 Y 方向光束的超高斯因子，用来控制二极管光 x y 源能量的集中度。若 Gx=Gy=1 时则为理想高斯光束。α 或 α 是光束发散角大小，用来计算激光半功率远 x y 场发散全角度因子。通常二极管厂家会给出激光功率衰减至一半时的半宽角度即 θFWHM，也称为半功率角。 对于高斯光束，光束半径通常定义为处于峰值强度的 1/ 2 处对应的半径。半功率角是由高斯光束半径确定 的半发散角的 1.18 倍。 图 1 OSRAM-SPL PL903 二极管参数表及半功率角图示 一般我们在 ZEMAX 中使用非序列模式来模拟激光二极管光源，方法较方便快捷。而当遇到较复杂系统运 用或要求较高或光路优化时，需要在序列模式下模拟出激光二极管光源，此时光源模拟就较为复杂。 上图为激光二极管在非序列模式下光源的模拟，可见到出射为椭圆形光斑。其中设置选项 Astigmatism,它 是像散因子，即光束在 X 轴方向漂移的大小，当设置此参数时，说明二极管不是理想的点发出的。 序列模式中模拟激光二极管