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簡(jiǎn)介
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(huì)描述簡(jiǎn)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(jí)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）
例1.高斯00模
“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(guò)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(huì)被截?cái)嗪筒?huì)遇到衍射現(xiàn)象，就好像被一個(gè)圓孔擋住一樣。
圖1.簡(jiǎn)易激光光束（高斯00模）規(guī)格
例2.像散高斯光束
“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(guò)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。
圖2.簡(jiǎn)易像散高斯光束規(guī)格
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(kāi)了0.5個(gè)單位。
例3.激光二極管光束
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(lái)說(shuō)明。這種激光模型也對(duì)相干光傳輸更精確的模擬進(jìn)行了Gabor合成。
圖4.簡(jiǎn)易激光半導(dǎo)體光束規(guī)格
例4.M平方激光束
“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(huì)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(shù)上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”，然后選擇Detailed Analysis。
圖5.左：簡(jiǎn)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。
混合模，高階模
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(huì)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(lái)創(chuàng)建這一模式，首先通過(guò)選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來(lái)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。
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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