半导体激光器光束质量的评价方法

半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，这是很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。今天为大家分享一下半导体激光器光束质量的评价方法！

一般来讲，表征半导体激光器发射光束的光束质量的参数通常有光斑半径，远场发散角，M2因子，光参数积（BPP）等。

光斑半径

作为很常用的激光束评价指标之一的光斑半径用于表示激光束光斑尺寸，对于旋转对称能量分布的光束，比如基模高斯光束，光斑半径即为沿纵轴对称的强度分布曲线中，当光强下降到最大值的1/e2 处对应的点的横坐标，光束86.5%的全部能量包含在以光斑半径为半径的圆内。

而对于非旋转对称能量分布的光束，通常采用二阶矩定义光斑半径，在直角坐标系下，其值在x方向上和y方向上分别为：

式中是光束横截面归一化的光束辐照度分布函数的一阶矩，表示为：

远场发散角

发散角表征了激光束的方向性即它的汇聚或发散程度，远场发散角是光束辐照度分布的1/e2 渐近线所对应的角度，远场发散角和光斑半径的转换关系如下：

式中w(z)表示光斑半径，对于高斯光束，当传播长度远大于瑞利长度时其远场发散角可由束腰半径w0 确定，即

大多数半导体激光器制造商常用半峰全宽（FWHM）发散角标示其输出光束远场发散角，转换关系如下：

M2因子

M2因子作为一种表征和测量激光输出光束光束质量的新方法被提出，可表示实际光束偏离基模高斯光束（衍射极限）的程度，其定义为：

高斯光束的M2因子为1，M2因子越小光束质量越好。M2因子是一种测量激光输出光束光束质量非常好的方法，可以同时反映光束近场和远场分布特性。光束通过理想光学系统后其M2因子不变，因此它还可用于检查通过有像差或劣质光学元件时光束质量的恶化，通过测量通过使用可疑元件前后光学系统的M2因子。

光参数积（BPP）

表征二极管激光器阵列的光束质量最方便的方法是测量其光参数积值，光参数积综合描述了远场发散角和束腰半径的特性，其定义为：

式中是发散角，是光束半径。降低光参数积是设计和实现高效、小发散角和紧凑型半导体激光器的有效途径。光参数积和M2因子可以相互转换。

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审核编辑：汤梓红