Zemax序列模式仿真半导体激光器光源

今早我梦醒了坎 · 发表于 2023-2-27 19:50:54

光通信模块中常用半导体激光器 Laser Diode 作为光源，主要包括面发射VCSEL激光器、边发射FP/DFB激光器。VCSEL激光器多用于短距多模光模块，DFB激光器多用于中长距单模光模块。DFB 激光器根据调制方式不同，又分为直调DML和电吸收调制EML两种。

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DFB 激光器采用半导体Wafer Level 工艺制作，Chip尺寸较小。通过布拉格光栅进行单纵模选模，波长线宽较窄。DFB激光器发射横向基模TEM00模，其光强分布近似为高斯分布。

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由于DFB激光器有源区XY方向尺寸不同，导致输出光场在XY两个方向发散角不同。发散角大的称为快轴，发散角小的称为慢轴。同时XY方向上的焦点位置不同，存在 Astigmatism 像散。

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在 Zemax 中进行DFB光源仿真时，如果考虑XY方向上的 Astigmatism 像散特性，可采用非序列模式中的 Source Diode 光源进行仿真，或在序列模式中采用 Paraxial XY 理想圆柱透镜来进行仿真。
本文仅讨论不考虑像散时的仿真方法。由于Chip光窗尺寸相对于传播距离较小，Laser Diode 光源可简化为从侧边发出的具有一定发散角的点光源。
在Zemax中，高斯光束使用 Apodization Type 切趾类型中的 Gaussian 来仿真。此时 Apodization Factor=1，边缘光线对应的光强为中心光强的1/e2 (≈ 13.5%)。

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大部分半导体激光器手册中用半高全宽 FWHM 定义远场发散角，即光功率下降为最大光功率的一半时的全角。
示例：

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基模高斯光束的FWHM与1/e2发散角的变换关系如下：

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其中，αx为1/e2发散角，θ为半高全角。

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对于示例激光器，αx=25.5°，αy=34°。将 Aperture Value 设置为较大的数值孔径值，即Y方向的NA=0.56。

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Zemax中通过 Vignetting factors 渐晕系数来定义入瞳的尺寸和位置变化。5个渐晕系数VDX/VDY/VCX/VCY/VAN分别代表偏移、缩放、角度关系。

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本例中，VCX=1-tan(25.5°)/tan(34°)≈0.3。设置后，光斑形状已接近实测光斑。

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XY方向上的光强分布曲线如下，孔径边缘处能量降至13.5%。

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最后，设置光源的波长，即可得到仿真的 Laser Diode 光源。

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参考资料:

1. Semiconductor Lasers for 3D Sensing
https://www.osa-opn.org/home/articles/volume_30/february_2019/features/semiconductor_lasers_for_3-d_sensing/

2. Wikipedia---Gaussian Beam
https://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_beam

3. [Help 說明文件] 雷射二極體光源：Source Diode
https://forum.zemax.com/Topic7791.aspx

章牛险 · 发表于 2023-2-27 19:51:38

动态图怎么做的

章牛险 · 发表于 2023-2-27 19:52:16

同问

贰十岁装成熟装s · 发表于 2023-2-27 19:52:52

录屏

永远就三年疗 · 发表于 2023-2-27 19:53:44

像这种边发射的激光器像散怎么计算的呢

特朗普大爷 · 发表于 2023-2-27 19:54:16

你好请问我按照你的来仿真光源得到的图怎么不一样啊？谢谢

我要去2018 · 发表于 2023-2-27 19:55:12

照度XY方向的扫描曲线有很多
毛刺

特朗普大爷 · 发表于 2023-2-27 19:55:31

采样点数不够多

ADDJ2017 · 发表于 2023-2-27 19:56:26

好的，谢谢

飘渺九月 · 发表于 2023-2-27 19:56:37

请问非序列模式下怎么模拟呢？是采用二极管光源还是高斯光源呢？

Zemax序列模式仿真半导体激光器光源

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