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半导体激光器光斑大小与什么有关?

半导体激光器应用在非常多的领域,在激光锡焊这一块也有非常突出的表现,光斑的大小也焊接质量的好坏。那么半导体激光器的光斑大小是由什么决定的呢?来了解一下吧。

半导体激光器的光斑大小与以下因素有关:

内部因素

发射波长:波长越短,光斑越小。因为短波长光的衍射极限更高,在空间中扩散得更慢。

光束模式:基模光束的光斑最小,随着模式阶数增加,光斑逐渐增大,如 TEM00 模的光斑小于 TEM10、TEM20 等高阶模的光斑。

增益介质性质:增益介质的增益饱和度高,可产生更窄的光斑,因其能减弱激光束的衍射。此外,介质的折射率和增益分布也会影响光斑,折射率不均匀或增益分布不均,会使光斑变形、变大。

泵浦条件:泵浦功率越高,光斑往往越大。泵浦模式不同,产生的光斑形状也不同,如侧面泵浦和端面泵浦,所产生的光斑在形状和大小上会有差异。

光学系统因素

光学部件:透镜的焦距和光阑的孔径是关键。焦距短的透镜可使光斑变小,光阑孔径小则限制光束通过范围,使光斑变小,但会降低光功率。

腔谐振器:其尺寸和形状影响光斑大小和模式。较小的谐振腔尺寸,会使光斑变大;不同形状的谐振腔,如圆形、矩形等,也会使光斑呈现不同形状和大小。

外部因素

传播距离:在自由空间传播,距离越远,光斑越大,因为激光束会逐渐发散。

传播介质:若介质折射率不均匀,如大气中温度、湿度变化导致的折射率变化,光线会折射和散射,使光斑大小和形状改变;含有雾、灰尘等颗粒的介质,对光的散射作用强,会使光斑变大、边界模糊。

热效应:激光器工作时产生的热量,会引起增益介质折射率变化,还可能导致谐振腔变形等,从而影响光斑大小和稳定性,一般通过散热和温度控制来减小影响。


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