激光器芯片的遠場角度

在激光器芯片的設計和應用中，遠場角度是一個重要的參數。它描述了激光器發出的光束在遠離芯片后，其發散程度。遠場角度的大小直接影響到激光光束的質量，進而影響到激光的應用效果。下面我們將根據給定的搜索結果，詳細介紹激光器芯片的遠場角度的相關知識。

1. 遠場角度的定義和重要性

遠場角度定義為激光束的遠場發散角，它是衡量激光光束質量的一個重要參數。光束質量因子（M2因子）是激光束腰半徑和光束遠場發散角的乘積與理想基模光束束腰半徑和基模發散角乘積的比值，用來表征激光光束質量。實際激光光束質量因子越接近1，說明光束質量越接近理想光束，其遠場角度也就越小5。

2. 遠場角度的測量方法

測量激光光束直徑的方法有套孔法、激光光束分析儀（CCD）測量、刀口法等。其中，CCD光束分析儀是一種常用的工具，它可以測量出激光光束的直徑，從而推算出遠場角度。然而，需要注意的是，由于激光能量強且集中，激光作用到物體上會有一定的發散。

發散角如果太大，會影響后續激光的封裝和應用，因此發散角相對越小越好，如果快軸和慢軸相等，是個圓形就更好了，和光纖、棱鏡的耦合效率高。

具有較大的發射區大小，容易導致多模橫向模式。

通過成功減輕橫向載流子積累，可以通過深層質子注入來實現光束質量的顯著提高[13]。引入模式濾波器是另一種有效的方法，用于針對高階模式誘導額外損耗。這些模式濾波器的例子包括漸變激光器、相位結構、外部腔配置、傾斜波導、微結構和非均勻波導。然而，這些方法受到限制，因為它們往往伴隨著輸出功率的降低或需要復雜的設計，這限制了它們的實際應用。

根據最近的一項研究，他們報告了通過使用微尺度三角形孔洞進行損耗定制，實現了FF角的顯著減小，同時沒有造成重大的功率損失。前一項研究中解釋的損耗定制結構激光二極管（LD）的結構如圖1(f)所示。為了減輕高階橫向模式的存在，三角形微孔被策略性地放置在這些高階模式的光學峰值位置。但是，這種方法不適合設計用于短波長的窄脊LD，主要是因為孔徑的大小限制和定位的復雜性。先前的研究采用了具有100μm脊寬和5μm寬三角形孔的LD模型。

相比之下，迄今為止報道的短波長HPLD傾向于具有較窄的山脊，小于30微米。在這些LD中采用5微米寬的孔洞會大大減小接觸面積，并且可能還會抑制低階模式。結果，LD的整體性能將會降低。此外，在窄山脊激光二極管的情況下，這些模型中的孔洞排列將更加密集和緊密，與前一個模型相比。這種孔洞密度的增加在制造方面提出了挑戰，需要更準確和精確的過程。因此，由于復雜性和精度要求的提高，短波長模型的制造過程預計將額外花費時間和成本。在這篇論文中，我們提出了一種基于損耗裁剪結構的新結構，該結構使用簡單的條紋（SSLT），其基于與上述研究相似的機制。與先前的研究不同，我們實施了條紋而不是三角形孔洞，以便合理地適應短山脊激光二極管并簡化制造，如圖1(e)所示。

為了對高功率激光二極管進行數值分析，我們使用了商業上可獲得的模擬器LASTIP。它能夠實現激光二極管的電熱光特性自洽模擬，包括電子和空穴傳輸、量子阱光學增益以及橫向平面的熱量散發等關鍵方面。在我們的模擬中，我們考慮了各種熱源，包括焦耳加熱、來自光學模式吸收和非輻射復合過程產生的熱量。通過納入這些全面的熱學和光學考慮因素，我們可以準確地建模和分析高功率激光二極管的性能特征。我們已經研究了如何使用相同的經過驗證的模擬方法來提高高功率激光二極管的束質量或降低FF。這個405納米的激光二極管有一個12微米寬的肋條和一個1200微米長的腔體，側面反射率為5.6%和95.0%。它由In0.066GaN多量子阱組成在0.008GaN量子阱中，上下有厚GaN波導層。在p型波導和包層之間，有一個高摻雜的Al0.36GaN 5納米厚的電子阻擋層，以提高效率。該支架由上部的AlN和下部的SiC組成，兩者相連，只有下部直接與封裝和熱電冷卻器（TEC）連接。假設在肋波導頂部的最上層金屬和GaN襯底下方80微米處的最底層金屬的溫度保持在散熱器的溫度298K。考慮單獨限制異質結構（SCH）層的熱指數變化是很重要的，因為它是FF膨脹的主要原因。為此，我們使用1.3×10^4/K作為GaN的熱指數變化的溫度依賴性。

這種新穎的設計，用于窄脊高功率寬區域激光二極管，該設計包括條紋，有效地抑制了高階模式并拓寬了側向NF圖案。通過新模型，可以實現了FF角度的36%減少，同時幾乎沒有降低斜率效率。

該方案模擬起來效果確實不錯，但是工藝估計比較難實現，挖出來的溝道最好要填充實了。就面臨兩個關緊問題1）這么陡直的溝道怎么開的好，有深度和粗糙度要求。

2）如何填充，用什么介質填充。

見過國外有人挖ridge，深度有一個多um，最后靠SiO2和金屬層填充，但是很耗金，金要10個多um。

其他的一些手段，比如是外延+芯片結構設計也能改善，手段倒是挺多，性價比都不高，工藝成不高。