Zemax光学设计实例（42）---在序列模式下用理想圆柱透镜 (Paraxial XY)模拟激光二极管

导论：

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，称之为激光二极管的快轴和慢轴，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。

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。

设计一个单管的边发射激光二极管，波长808nm，快轴发散角是25度（1/e²，全角），慢轴发散角是11度（1/e²，全角），像散（Astigmatism）为0.1mm，Astigmatism,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。

设计流程：

（1）    理论计算：

利用理想圆柱透镜 (Paraxial XY) 的设置，加上点光源来完成。

由已知的LD的规格：

半发散角θ_x ＝ 5.5°；

半发散角θ_y＝ 12.5°；

像散t ＝ 0.1 mm；

则，可以由公式计算出：

放大率M= tanθ_x / tanθ_y=0.43；

t₁=t/（M+1）=0.0699；

t₂=Mt/（M+1）=0.03；

光焦度φ_y = (M+1)^2 / Mt=47.556。

（2）    ZEMAX仿真：

将以上计算所得的数据输入到ZEMAX中。

在WavelengthData中，输入波长为0.808um，如下图所示：

在Aperture中，在孔径类型中选择“Object Space NA”，并根据设计要求输入“0.0958”；（NA=nsinθ_x）；Apodization Type选择“Gaussian”，Apodization Factor输入“0.3466”（因为这样在Aperture最边缘处，也就是NA=0.0958的位置，强度会刚好是二分之一。）

如下图所示：

在LDE中输入激光而激光的参数，如下图：

物面到第1面的距离为t₁=0.0699；

第1面为光阑面，X-Power=0，Y-Power=φ_y =47.556；

第1面到第2面的距离为t₂= =0.03。

以上的数据可表现光源的情况。X方向的发光点是在第0面，而Y方向的发光点是在第一面开始t2的位置上。

查看3D结构图，如下图：

查看在像面的光斑图：

查看点列图：