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    [技術(shù)]FRED應(yīng)用:激光二極管的模擬 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2024-04-22
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    簡介 n7LfQWc  
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    當(dāng)提及模擬激光二極管時(shí),F(xiàn)RED軟件具有極大的靈活性。在這篇應(yīng)用筆記中,將會描述簡單到詳細(xì)的激光光源模型。最基本的模型是高斯TEM0,0模。更高級的模型包括在束腰上偏移和發(fā)散中的像散光束。激光也可以使用其M2因子表示。最后,可以創(chuàng)建一個(gè)任意混合模的激光。該模式可以選擇任意TEM模的高斯分布(Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, 及 Laguerre Sine) Mc sTe|X  
    7J$b$P0}  
    例1.高斯00模 }71LLzG`/  
    “激光光束(高斯00模)”光源由一個(gè)準(zhǔn)直的光線網(wǎng)格組成,通過切趾,可以具備在束腰處的高斯00輻照度分布。該光源具有非常低的發(fā)散角度。注意到如果選擇的網(wǎng)格尺寸小于光束尺寸,光束將會被截?cái)嗪筒龅?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=衍射',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_8">衍射現(xiàn)象,就好像被一個(gè)圓孔擋住一樣。 =(AtfW^H  
    De  *7OC  
    圖1.簡易激光光束(高斯00模)規(guī)格
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    Tn-C>=tR~%  
    例2.像散高斯光束 V% TH7@y  
    “像散高斯光束”光源提供了一個(gè)更加實(shí)際的模型。大多數(shù)半導(dǎo)體激光遭受像散:束腰的x和y分量沿軸位移。在折射率型波導(dǎo)中的激光器,位移一般是2-8µm。在增益型波導(dǎo)中的激光器中,位移一般約為40µm。通過指定x和y的發(fā)散角和焦點(diǎn)的距離,可以模擬像散。該光源類型也允許光線在離束腰某些距離處產(chǎn)生,以獲得更大的精度。 FXKF\1`( H  
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    圖2.簡易像散高斯光束規(guī)格
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    圖3 發(fā)散的像散激光光源的光線追跡示意圖,沿著:x-z軸(左),y-z軸(中)和透視圖(右)。發(fā)散角在x方向是5°,在y方向是15°。焦點(diǎn)分開了0.5個(gè)單位。
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    例3.激光二極管光束 6Q|k7*,B  
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    激光二極管光束是一種更新和更準(zhǔn)確的像散型發(fā)散激光源模型。激光用x和y方向發(fā)散角和焦點(diǎn)的位置指定。此外,發(fā)散角的準(zhǔn)確含義可以根據(jù)不同的半寬和全寬來說明。這種激光模型也對相干光傳輸更精確的模擬進(jìn)行了Gabor合成。 #PLEPB  
    H!e 3~+)  
    圖4.簡易激光半導(dǎo)體光束規(guī)格
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    例4.M平方激光束 &6 -k#r  
    “M平方激光束”光源類型基于其M2因子模擬一個(gè)激光,,也被稱為光束質(zhì)量或光束傳播因子。M2最小的可能值是1,這會指定一個(gè)高斯TEM00光束。M2的更大值表明在光束中高階模的混合。為了確定在FRED中創(chuàng)建的M2光束的模式組成,在樹上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”,然后選擇Detailed Analysis。 GDaN  
    圖5.左:簡易的M平方激光光束規(guī)格。右:指定的M2激光光源中的模式分布。
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    混合模,高階模 lB8il2&  
    當(dāng)一個(gè)激光不具備足夠的空間濾波時(shí)(限制孔徑大于最低階模式半徑),多模光束就會產(chǎn)生。因此,多重模式在激光諧振腔中產(chǎn)生。為了模擬一個(gè)具有特定模式分布的激光,多個(gè)光源可以分配給每個(gè)TEM模式。這需要Detailed Optical Source類型來創(chuàng)建這一模式,首先通過選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來建立,然后設(shè)置高斯切趾。切趾允許的規(guī)格有:x和y的半寬、橫向偏移、模式數(shù)目(m, n)和模式類型(Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine)。幾個(gè)TEM模式的輻照度分布如圖6所示。混合模的例子如圖7所示。 UsVMoX^  
    圖6.在FRED中模擬的不同高斯TEM模的輻照度分布
    圖7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模組成的混合模的輻照度分布,功率分配為[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有輕微的軸向偏移。
     
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