邊發(fā)射半導體激光的光束特性由半導體激光器的結(jié)構(gòu)決定。

圖1：邊發(fā)射半導體激光器的結(jié)構(gòu)圖

圖1為一個典型的邊發(fā)射半導體激光器芯片結(jié)構(gòu)，它的尺寸為：厚度120μm，寬度500μm。光反饋結(jié)構(gòu)是由芯片兩端的解理面構(gòu)成的F-B諧振腔，長度為1000～2000μm，外延層的厚度大約為5μm，是5層結(jié)構(gòu)，包括n型摻雜覆層、n型摻雜光波導層、有源區(qū)、p型摻雜光波導層和p型摻雜覆層。

半導體激光器諧振腔的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，該諧振腔置于由兩端解理面構(gòu)成的反射鏡之間，這兩個解理面需要鍍膜以得到高出光功率。半導體激光器的近場分布及模式由外延層的材料和厚度決定。

圖2：邊發(fā)射半導體激光器諧振器的結(jié)構(gòu)圖

由于半導體激光器的特殊結(jié)構(gòu)，它的出射光束存在像散。當用光學系統(tǒng)對半導體激光器解理面上的近場成像時，由于存在像散在焦線上出現(xiàn)兩個像點。半導體激光器在橫向都是利用有源層兩邊折射率差形成的光波導效應(yīng)對有源區(qū)光子進行限制，而在側(cè)向存在增益波導與折射率波導兩種光限制類型。

圖3：快慢軸像散

如圖3(a)所示，在垂直于結(jié)平面（快軸）方向，高斯光束的束腰在解理面上，且在束腰處為平面波前。

如圖3(b)所示，在平行于結(jié)平面（慢軸）方向，在腔內(nèi)距腔面為D（稱為像散量）的地方出現(xiàn)虛腰，這是外部觀察者能看到的最小近場寬度。

因此，從傳播方向看去，兩個方向的合成波前呈圓柱面，這種輸出光存在像散。其影響是，用球透鏡對解理腔面成像時，虛腰的像面與腔面的像面(橫向光場束腰的像面)不對應(yīng)同一處，其后果是使遠場分布出現(xiàn)“兔耳”狀。同時，像差的存在使側(cè)向模式增多，光譜寬度加寬。

這給應(yīng)用帶來很大困難，除非采取消像差的措施，否則難以用一般的光學系統(tǒng)聚焦得到很小的光斑，焦斑的光場分布不均勻，也很難實現(xiàn)激光器與單模光纖高效率的耦合。

邊發(fā)射半導體激光器的遠場并非嚴格的高斯分布，在橫向和側(cè)向有較大的不對稱的發(fā)散角。

由于邊發(fā)射半導體激光器的有源層很薄，因而在橫向的發(fā)散角θ⊥較大，可表示為

上式中，

d為有源層的厚度，λ為激光波長。

當d很小時，則簡化為

當有源層厚度與波長可比擬時，且激光仍工作在基模，可近似得到

由此可以看出，隨著d的增加，θ⊥會減小。

由于邊發(fā)射半導體激光器在側(cè)向有較大的有源寬度W，其發(fā)散角θ∥較小，可表示為

來源：阿光聊光

審核編輯：湯梓紅