研究目的
研究在宽面半导体激光二极管外腔中使用纵向啁啾光子晶体进行空间滤波，以提高光束质量和亮度。
研究成果
研究表明，利用光子晶体进行空间滤波是傅里叶狭缝空间滤波方案的一种可行替代方案，通过优化纵向光子晶体啁啾特性，可为设计定制化的角度传输剖面提供更高的灵活性。
研究不足
对于发射极长度较长的BASLD器件，横向波导色散会显著限制空间滤波方案的有效性。
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[IEEE 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 用于宽面二极管激光器再注入空间滤波的基因优化光子晶体
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DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871622
出版年份：2019
更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要：
现代高功率宽面半导体激光二极管（BASLDs）能以高电光转换效率输出数十瓦的光功率，这使其在众多工业、医疗和科学应用中具有重要价值。然而，由于热透镜效应导致的BASLDs横向多模行为会产生严重不利影响，因其会造成聚焦能力差和激光光束亮度降低。解决这一问题的方法包括改进外延层设计、通过定制发射器几何形状和端面反射率来优化倏逝波空间滤波，或采用外部谐振腔的傅里叶空间滤波再注入技术。本文研究了在外腔（EC）中使用纵向啁啾光子晶体（PhC）来定制空间滤波特性的方法。相应的EC装置（由慢轴准直透镜、二维光子晶体和外部反射镜（R=4%）组成）如图1a所示。外腔中的自由空间传播采用菲涅尔衍射积分建模，而光子晶体中的光传播则需要精确处理横向角度色散。为提高时域BASLD模拟器的效率，我们采用基于瑞利-索末菲衍射理论的束传播法（BPM）。通过遗传算法优化了纵向光子晶体周期的啁啾特性。优化结构的透射振幅能抑制2°至4°范围内的横向传播角（见图1b），其计算结果与精确的严格耦合波分析（RCWA）高度吻合，且光子晶体透射率计算准确，反射振幅几乎为零。下一步，我们对长度为1毫米、宽度为100微米的BASLD进行了光子晶体空间滤波再注入的数值模拟。研究发现横向远场轮廓显著改善，光束亮度提高了1.5倍（见图1c）。但对于发射器长度更长的BASLD，横向波导色散会显著限制本方案的效果。总之，我们理论上证明了光子晶体的空间滤波可作为傅里叶狭缝空间滤波方案的有效替代方案，并通过优化纵向光子晶体啁啾特性，为设计定制化角度透射轮廓提供了更高的灵活性。
作者：
Carsten Brée，Volker Raab，Darius Gailevi?ius，Vytautas Purlys，Joan Montiel，Guillermo Garre Werner，Kestutis Staliunas，Andreas Rathsfeld，Uwe Bandelow，Mindaugas Radziunas
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