激光器性能的表征方法及装置、光源设计方法和系统制造方法及图纸

一种激光器性能的表征方法及装置、光源设计方法和系统，本发明专利技术的激光器性能的表征方法在所述完备基底组基础上，通过光场拟合操作获得所述待表征激光器的完备模式组成，并根据所述完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成，所述激发模式组成包括：激发模式组和激发权重组，所述激发模式组包括多个激发模式，所述激发权重组包括多个激发权重因子，所述激发权重因子与所述激发模式一一对应。因此，所述技术方案可以获得所述待表征激光器在工作状态下激发的模式数量、阶数和相对强度信息，因此可从模式的角度对不同的设计进行有效的评估，对于器件的光学性能的进一步设计优化有很强的指导意义。有很强的指导意义。有很强的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
激光器性能的表征方法及装置、光源设计方法和系统


[0001]本专利技术涉及激光领域，特别涉及一种激光器性能的表征方法及装置、光源设计方法和装置。

技术介绍

[0002]光束发散度是指是随着与发射点距离的增加、光束直径或半径增大的程度，通常以发散角进行标度(如图1发散半角所示)。
[0003]激光器的远场发散角是一个重要的性能指标，在不同的应用场景中，对发散角有不同的要求。通常消费类电子应用的激光器(如face ID)要求比较大的远场发散角，使光强度在光束直径范围内尽量均匀分布，有利于人眼安全。而光通信、激光测距等应用中需要较小的远场发散角，使光束能量集中在中心处，有利于传输距离的增大。
[0004]激光器设计中通过各个模式之间的调节，可获得不同类型的光束。而在实验和测试中，仅能通过光谱测量结果得到光谱的峰值分布，从而可以获知激光器是激发了单个模式还是多个模式，可以比较激发模式的数量，但不能确定激发的是哪个或哪些模式。
[0005]半导体激光器的工作模式比较复杂。半导体激光器大多工作在多模的状态：针对不同的激发模式，所对应的远场发散角或光束质量并不相同。激光器的模式激发是一个非常复杂的物理过程，除了与谐振腔的几何特征有关，还与载流子浓度、载流子扩散、电流注入分布、温度分布、增益分布等因素相关，所以难以在设计阶段预测激光器工作状态下的模式激发情况，需要从实验的角度出发评估激光器工作状态下的激发信息。
[0006]测量远场不同空间角度的光功率分布，可以得到激光器的远场能量分布及发散角。理想的高斯光束强度分布如图2所示，以I
max
表示峰值光强度，则光强度为1/e2处的光束半径ω即对应一半的发散角(半角)。
[0007]但这样依旧只能测得一个发散角角度值，无法获得激光器内部的模式激发情况，不足以准确的表征激光器的光学性能。例如激光器在雷达光源中的应用，需要激光器发射功率提高，也就需要增大发射孔径，这会导致激光器激发的模式数量增多，使得发散角变得更大；另外，激发的多个模式的强度占比不同，也会导致发散角不同。仅测得激光器的发散角角度值，难以指导对激光器的优化设计。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的问题是：无法得到激光器内部激发的模式情况，难以对器件的光学性能进行有效评估。
[0009]为解决上述问题，本专利技术提供一种激光器性能的表征方法，包括：
[0010]获得待表征激光器所形成光场在预设位置处的实际光场分布；根据待表征激光器，获得完备基底组，所述完备基底组包括多个完备模式基底；基于所述完备基底组和实际光场分布，对所述待表征激光器所形成光场在预设位置处的光场进行光场拟合操作，所述光场拟合操作结束时，获得所述待表征激光器的完备模式组成，所述完备模式组成包括完
备模式组和完备权重组，所述完备模式组包括多个完备模式，所述完备权重组包括多个完备权重因子，所述完备模式与完备权重因子一一对应；根据所述待表征激光器的完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成，所述激发模式组成包括：激发模式组和激发权重组，所述激发模式组包括多个激发模式，所述激发权重组包括多个激发权重因子，所述激发权重因子与所述激发模式一一对应。
[0011]可选的，所述光场拟合操作包括：设置基底组相对应的权重组，所述基底组包括多个模式基底，所述权重组包括多个权重因子，所述权重因子与所述模式基底一一对应；根据所述基底组和所述权重组的加权叠加，获得理论光场分布；比较所述理论光场分布和所述实际光场分布的差异，获得误差系数；判断所述误差系数是否小于或等于预设的误差阈值；当所述误差系数小于或等于所述误差阈值时，光场拟合操作完成，获得模式组成，所述模式组成包括权重因子以及与所述权重因子相对应的模式，所述权重因子与所述模式一一对应；当所述误差系数大于所述误差阈值时，调整权重因子的大小，获得调整后的权重组，以减小所述误差系数和所述误差阈值的差异；基于所述基底组和调整后的权重组，重新执行上述获得理论光场分布的步骤和比较的步骤，直至所述误差系数小于或等于所述误差阈值，光场拟合操作完成，获得模式组成。
[0012]可选的，根据所述待表征激光器的完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成的步骤包括：以所述完备模式组成，作为所述激发模式组成。
[0013]可选的，根据所述待表征激光器的完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成的步骤包括：基于所述完备模式组成，结合预设的主导权重阈值，获得主导基底组，所述主导基底组包括多个主导模式基底；基于所述主导基底组，对所述待表征激光器所形成光场在预设位置处的光场再次进行所述光场拟合操作，所述光场拟合操作结束时，获得所述待表征激光器的主导模式组成，所述主导模式组成包括主导权重因子以及与所述主导权重因子相对应的主导模式，所述主导权重因子与所述主导模式一一对应；以所述主导模式组成，作为所述激发模式组成。
[0014]可选的，获得主导基底组的步骤包括：根据所述完备模式组成，获得参考完备权重因子；获得任一完备权重因子与所述参考完备权重因子的比值；比较所述比值与所述主导权重阈值的相对大小；在所述比值大于或等于所述主导权重阈值时，该完备权重因子所对应的完备模式为所述主导基底组中的一个主导模式基底。
[0015]可选的，获得预设位置处待表征激光器所形成的实际光场分布的步骤中，所述预设位置包括：远场位置和近场位置中的至少一个。
[0016]可选的，获得完备基底组的步骤包括：根据等效光纤模型，获得所述完备基底组。
[0017]可选的，获得所述完备基底组的步骤包括：根据所述待表征激光器的材料，获得等效折射率；根据所述待表征激光器的结构，获得等效尺寸；根据所述等效折射率和所述等效尺寸，建立等效光纤模型；基于所述等效光纤模型，获得所述等效光纤模型中传输的波导模式；根据所述波导模式，获得完备模式基底，以获得完备基底组。
[0018]可选的，获得完备基底组的步骤中，所述完备模式基底均为横模。
[0019]可选的，获得误差系数的步骤包括：基于均方误差，获得所述误差系数。
[0020]可选的，所述均方误差为所述预设位置处，垂直传播方向的截面内，光强的积分。
[0021]可选的，调整权重因子的步骤包括：基于全局优化算法调整权重因子，获得调整后
的权重因子。
[0022]可选的，所述待表征激光器为垂直腔面发射激光器。
[0023]此外，本专利技术还提供一种光源设计方法，包括：
[0024]提供激光器；采用本专利技术的表征方法对所述激光器进行表征，获得所述激光器的激发模式组成；基于所述激发模式组成，设计光源。
[0025]可选的，设计光源的步骤包括：基于所述激发模式组成，优化所述激光器的参数。
[0026]可选的，所述光源还包括：准直光学元件；设计光源的步骤还包括：基于所述激发模式组成，设计所述准直光学元件。
[0027]可选的，所述准直光学元件包括：微透镜。
[0028]相应的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光器性能的表征方法，其特征在于，包括：获得待表征激光器所形成光场在预设位置处的实际光场分布；根据待表征激光器，获得完备基底组，所述完备基底组包括多个完备模式基底；基于所述完备基底组和实际光场分布，对所述待表征激光器所形成光场在预设位置处的光场进行光场拟合操作，所述光场拟合操作结束时，获得所述待表征激光器的完备模式组成，所述完备模式组成包括完备模式组和完备权重组，所述完备模式组包括多个完备模式，所述完备权重组包括多个完备权重因子，所述完备模式与完备权重因子一一对应；根据所述待表征激光器的完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成，所述激发模式组成包括：激发模式组和激发权重组，所述激发模式组包括多个激发模式，所述激发权重组包括多个激发权重因子，所述激发权重因子与所述激发模式一一对应。2.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述光场拟合操作包括：设置基底组相对应的权重组，所述基底组包括多个模式基底，所述权重组包括多个权重因子，所述权重因子与所述模式基底一一对应；根据所述基底组和所述权重组的加权叠加，获得理论光场分布；比较所述理论光场分布和所述实际光场分布的差异，获得误差系数；判断所述误差系数是否小于或等于预设的误差阈值；当所述误差系数小于或等于所述误差阈值时，光场拟合操作完成，获得模式组成，所述模式组成包括权重因子以及与所述权重因子相对应的模式，所述权重因子与所述模式一一对应；当所述误差系数大于所述误差阈值时，调整权重因子的大小，获得调整后的权重组，以减小所述误差系数和所述误差阈值的差异；基于所述基底组和调整后的权重组，重新执行上述获得理论光场分布的步骤和比较的步骤，直至所述误差系数小于或等于所述误差阈值，光场拟合操作完成，获得模式组成。3.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，根据所述待表征激光器的完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成的步骤包括：以所述完备模式组成，作为所述激发模式组成。4.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，根据所述待表征激光器的完备模式组成，获得所述待表征激光器的激发模式组成的步骤包括：基于所述完备模式组成，结合预设的主导权重阈值，获得主导基底组，所述主导基底组包括多个主导模式基底；基于所述主导基底组，对所述待表征激光器所形成光场在预设位置处的光场再次进行所述光场拟合操作，所述光场拟合操作结束时，获得所述待表征激光器的主导模式组成，所述主导模式组成包括主导权重因子以及与所述主导权重因子相对应的主导模式，所述主导权重因子与所述主导模式一一对应；以所述主导模式组成，作为所述激发模式组成。5.如权利要求4所述的表征方法，其特征在于，获得主导基底组的步骤包括：根据所述完备模式组成，获得参考完备权重因子；获得任一完备权重因子与所述参考完备权重因子的比值；比较所述比值与所述主导权重阈值的相对大小；
在所述比值大于或等于所述主导权重阈值时，该完备权重因子所对应的完备模式为所述主导基底组中的一个主导模式基底。6.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，获得预设位置处待表征激光器所形成的实际光场分布的步骤中，所述预设位置包括：远场位置和近场位置中的至少一个。7.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，获得完备基底组的步骤包括：根据等效光纤模型，获得所述完备基底组。8.如权利要求7所述的表征方法，其特征在于，获得所述完备基底组的步骤包括：根据所述待表征激光器的材料，获得等效折射率；根据所述待表征激光器的结构，获得等效尺寸；根据所述等效折射率和所述等效尺寸，建立等效光纤模型；基于所述等效光纤模型，获得所述等效光纤模型中传输的波导模式；根据所述波导模式，获得完备模式基底，以获得完备基底组。9.如权利要求8所述的表征方法，其特征在于，获得完备基底组的步骤中，所述完备模式基底均为横模。10.如权利要求2所述的表征方法，其特征在于，获得误差系数的步骤包括：基于均方误差，获得所述误差系数。11.如权利要求10所述的表征方法，其特征在于，所述均方误差为所述预设位置处，垂直传播方向的截面内，光强的积分。12.如权利要求2所述的表征方法，其特征在于，调整权重因子的步骤包括：基于全局优化算法调整权重因子，获得调整后的权重因子。13.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述待表征激光器为垂直腔面发射激光器。14.一种光源设计方法，其特征在于，包括：提供激光器；采用权利要求1～13中任一项所述的表征方法对所述激光器进行表征，获得所述激光器的激发模式组成；基于所述激发模式组成，设计光源。15.如权利要求14所述的光源设计方法，其特征在于，设计光源的步骤包括：基于所述激发模式组成，优化所述激光器的参数。16.如权利要求14所述的光源设计方法，其特征在于，所述光源还包括：准直光学元件；设计光源的步骤还包括：基于所述激发模式组成，设计所述准直光学元件。17.如权利要求16所述的光源设计方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴攸，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：