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白光编译"
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提要@’/.AB,）CD（（!
"9"9年诞生在美国康涅狄格州的纽黑文!
从加州理工学院毕业后进入通用电器研究发展中心工作""9?
$年!
CD（（在半导体结中实现了粒子数反转!
创建了第一台半导体结激光器"这种器件!
根据特殊设计的EFG结!
用
电流将电子直接注入结中运行!
因此允许从紧凑的发射源以高效率产生相干光"当今!
以CD（（原始思想工作的二极管激光器!
广泛地应用于如3H$H&H显示器$激光打印机和光纤通讯系统等领域"
关键词半导体二极管激光器EFG结应用
+引言
本文将描述二极管激光器发射光束的基本特性!
讨论分析和调整这种光束的方法"用一对柱面透
镜将光束准直和成形是一种简单灵活的方法!
不仅可以用于二极管激光器!
而且也可用于光纤发射的光束"
$二极管激光器特性
半导体二极管激光器结构如
图"所示!
它由增益层7仅几十个纳向侧面变弱"在增益导向激光器
米厚8和包围它的导向层组成!
导向中!
这种增益渐变对侧向光束限定
层起限定激光模式作用"导向层折是很重要的"为比较起见!
在折射
射率略大于周围区域7基质和盖板8率导向激光器中!
将导波带相邻区
折射率!
通过内全反射限定激光模域选择性地刻蚀掉!
然后以低折射
式"通过几个微米宽的金属条状正率覆盖材料代替"一般地说!
增益
电极注入电流!
由结对面的基板7接层有高吸收的区域!
不直接在电极
地电极8收集"在正电极底下的粒底下!
因此经受的抽运弱!
或完全
子数反转和增益最强!
沿*轴随着无抽运"除了杂质和界面上的散射
距电极中心线距离增加!
增益逐渐损失外!
导向层基本是透明的!
基
收稿日期0$%%2F"%F!
"
+1
第!
"卷!
第#期
&’（）!
*+,’）$
$%%!
年$月
!
"#"$%&’（
-./）$%%!
束性质是它的偏振态!
典型的是线
偏振!
其电场平行于结平面*这个
性质反映这样的事实!
对于平行于
结的偏振光7即#!
8!
其增益多少要
比垂直偏振光7下文的#"8高*与
#"相关的导向模在$方向要比与
#!
相关的模略为加宽*因为加宽模
比紧凑模与增益介质层交叠得少!
所以当紧凑模超过阈值并开始产
图"为限定激光模!
用导向层包围激活层组成半导体二极管激光器"通过正电极注入
生激光时!
加宽模还未达到*而且!
电流!
由在结对面的接地电极收集电流
限制电子和空穴在薄激活层7量子
质和覆盖层也是高透明的"
步在水平方向加宽7比无像散时8!
阱8!
对#!
7相对于#"8更易使激发
图$表示在单横模二极管激
相位分布显示峰?
谷变化@*2%!
"
电子和空穴释放出光子并返回基
光器0!
%123%456前方的强度和相
在激光器向前方发射的光束!
态*实际上#偏振超过#
!
是两种
!
"
位分布图"在结平面光束发散角
呈椭圆截面是合理的7由于衍射8!
效应组合的结果*
7半高全宽8是"!
19!
!
与结垂直方
对于"
远小于"的情况"在激光
!
"
!
二极管激光像散的起源
向是""1:
;!
"在图$上方一行的图
激活区内产生像散是由于非均匀
0<#$%/8中!
显示光束没有像散!
在
增益剖面7沿"轴8的原故"由于靠
沿"轴增益剖面的非均匀性!
激光器前方的相位分布均匀"在中
近腔的光轴增益最高!
光辐射在腔
对波导模具有聚焦作用!
迫使沿腔
间一行的图0=&$%>8!
像散距离7定
中沿!
轴传输时!
光束向光腔轴产
!
轴传输的光束自动形成发散的相
义在自由空间中水平束腰和垂直
生（增益聚焦）效应!
结果是沿腔轴
位波前*用光束传输方向7DEF6B#C
束腰之间的等价距离8是#!
1
比两侧有更强的放大B*C*因而!
对应
研究通过增益介质的光束传输很
*%!
5!
沿"轴轻微展宽光束!
相位
光束向中心塌陷的趋势!
发散相位
容易证明这一点*图:
7<6表示典型
波前发散!
其峰?
谷变化7即束的边
剖面自动形成*关于这个性质!
下
二极管激光横截面的增益和损耗
缘到中心8是@*$%!
’在底行图7.&$
面会详述*
分布*在增益层中间部分的增益最
%A8!
像散距离#!
1$;!
5"光束进一
另一个感兴趣的二极管激光
高!
沿"轴以高斯型下降!
在远离
中心轴!
的区域变为损耗区*在沿
腔!
轴传输期间!
光束截面的相位
剖面类似于图:
7/6所示*其中高折
射率导向层使相位相对于低折射
率基质和盖板超前*具有较高折射
率的增益介质7红色6使相位更超前
于导向层7橙色6!
但增益层薄!
对于
限制模沿$轴的贡献显然很小*
同时!
图:
7<&+%/6表示的截面
强度分布和相位分布确定了以光束
传输方法模拟二极管激光使用的振
幅?
相位掩模剖面"这种特殊掩模以
图#$%&’$（）二极管激光器!
!
%*!
+"%!
!
!
在前方的强度-左.和相位-右.的对数平
#!
1%）*!
的间隔放置在折射率%%1
:
）:
的介质中"波长!
在这个环境中
面图"在极大和极小之间强度变化范围是!
1!
%"$3"在图-/&$%4.中!
光束没有
是!
%G%%!
其中!
%是激光束的自由空
）/0
）2（
像散"在图-5&$%6.中!
在水平的和垂直的束腰之间像散距离-在自由空间."%
7$）!
沿0轴有较宽的光束!
和发散的相位花样!
从中心到边缘位相变化是
间波长"对于入射到掩模上的均匀
7#$!
"在图-8&$%9.图中!
像散距离
"%#,）!
光束进一步加宽!
并且相位分布表
光束!
其透射强度和相位分布分别
明峰:
谷变化;7&$!
如图:
7<&$%/6所示"假设增益介质
7<
第!
"卷!
第#期
&’（）!
*+,’）$
$%%!
年$月
!
"#"$%&’（
-./）$%%!
图!
以光束传输方法"#$%&模拟二极管激光束所用的两个振幅’相位掩模的剖面""（&$%）&表示掩模*的振幅和相位剖面*"（&+%+&相应于掩模,的振幅和相位剖面"增益介质是在两个-./
厚波导层之间的-.,/
厚的夹层式膜层""（&均匀入射光束的透射强度分布"在中心的振幅增益是*.-,/!
沿!
轴逐渐变到-.0/"损
耗&值"在激活层外!
-.00/振幅透过率表示有弱背景损耗""）&掩模*的相位
1.*,!
"在激活层内&!
在波导层中是/.2!
3在基质和盖板中是-!
""+&掩模,4振幅剖面与"（&相同5的相位!
在激活层中心是2./!
!
在远离轴的激活层内是1.*,!
*在
导向层中是/.2!
!
在基质和盖板中是-!
像散"然后给出用图67>&$%;5所示的振幅?
相位掩模$得到的模拟结果!
揭示折射率’反向导向（的增益介质7由粒子数反转引起5可能进一步增加感应像散）
图!
上方一行的图表示用掩
模"在光束传输方法8%%步后的
7>5强度!
7/5强度的对数和7;5相位
图形"每步对应在折射率#%96）6的
介质内传输%）"!
的距离!
在本模拟
中总传输距离是@"A!
B"看到的限
制在导向层中的光!
仅以微小的分
数值泄漏7即逐渐消失5到基底和盖
板中"逸出导向层的光最终以散射
或衍射损失到系统外"在图!
7;5
是在构成导向板的两个%）0!
1厚低折射率层之间%）#0!
厚的夹层式膜层"在激活层中心的振幅增益是
*）#02每传输%）*!
""以高斯型沿!
轴
逐渐变小!
同时在"方向保持均匀"
激活层外的介质背景损耗很小2掩
模振幅透射率%）3304!
但是在增益
层内和远离中心轴区域!
光振幅以
%）30因子衰减2每传输%）*!
5"在图6
7/5中!
掩模的相位在激活层内是
8）*$!
+在两相邻导向层是0）!
!
!
而在
基底和盖板区是%!
"这意味着!
例
如!
如果基底和盖板材料的折射率
是#%96）6!
则导向层的折射率#*96）!
0!
激活层介质的折射率#$96）!
:
"
实际上!
抽运增益介质使其局
部折射率下降!
所以比较实际的相
位掩模应类似于图62;5所示的!
其
在激活区中心的相位下降到!
）0!
2相
应于##96）!
#05"相位从这个极小值起沿!
轴以高斯型增加!
在激活层
的高吸收区达到8）*#!
"这导致沿!
轴反向导向2由于在激活层内折射
率不均匀5"在激活层内的高斯相位
剖面迫使激光束沿!
轴发散!
超过仅由增益剖面产生的发散<6!
!
="其余的掩模与图62/5中的情况一样"下
面首先给出用图62>#$%/5所示的振幅?
相位掩模"用传输方法的模拟结果!
确认仅由增益剖面引起的
中!
沿!
轴的峰?
谷相位变化为
*8%!
!
相应于几个微米的像散发散
光束"图!
下方一行的图与上方一
行的类似!
不同的是用掩模$得到的"与增益介质无折射率反向导向情况下比!
光束沿!
轴略有加宽"图!
7C5中峰?
谷相位变化是*:
0!
7沿!
轴5+对应着比图!
7;5情况有更大像散的发散束"
图!
7D5表示在上述模拟中得
到的光束功率与传输距离$的关
系"开始光功率下降!
因为初始光束对波导结构进行自身调整!
挡掉了与波导模剖面不匹配的光"然后增益介质起作用!
光功率指数上
图2在1--步光束传输方法后的"（&强度!
"）&强度的对数!
"+&相位图形"在这些模拟中所用振幅’相位掩模*如图!
"（&$%）&所示"看到的限制在导向层中的光!
以弱的逐渐消失的尾部泄漏到基质和盖板中"在"+&中!
沿6轴峰’谷相位变化为*1-!
"下面一行4"7&8%9&5与上面一行4"（&8%+&5类似!
不同的是用掩模,得到的!
掩模,如图!
"（&$%+&所描述"在图"9&中!
峰’谷相位沿!
轴变化是*:
/!
"图";&表示在光束传输方法模拟中!
光束功率与传输距离的关系
*:
第!
"卷!
第#期
&’（）!
*+,’）$
$%%!
年$月
!
"#"$%&’（
-./）$%%!
图"用无像差透镜捕获和准直从二极管激光器发出的单横模光束!
然后用剪切干涉仪分析"光束截面中任何相位改变都在剪切干涉图上以条纹形式表现
升!
因为限定模沿光轴传输"
!
剪切干涉仪
用无像差透镜捕获和准直单横模二极管激光束!
然后用剪切干涉仪分析!
如图0所示"剪切板产生两个全同的准直光束的复制束!
沿!
轴或"轴彼此有相移"同一光束的两个复制束在观察平面上叠加产生干涉图!
显示准直光束的相位结构"在准直镜出射光瞳上的任何相位不均匀性都在干涉图上以强度变化1即条纹2表现"
对!
%345%67二极管激光器发射的8!
"90!
光束!
图:
;左面<给出在
位于%）:
#$准直透镜出射光瞳后面
*%77平面上的强度1上图<和相位"该透镜位于距激光束两光腰之间的中点%3!
）477处!
显示的相位花样分别对应于像散"&3*%!
7!
$%!
7!
9%!
7"对固定剪切量"!
3
图#左图$位于图"的准直镜出射光瞳
%）8771水平方向<和""3$）%771垂
外$%&&平面处的强度’上图（和
直方向
图:
右方给出在剪切板观
相位"%）#!
"的透镜位于激光束
’%*+,%-&.!
*/!
."*0"!
1两光腰
察窗观测到的强度花样#从上到下!
之间中点有一个焦距’#*!
）+&&1"
激光器的像散分别为"&3%!
*%!
7!
右图$在剪切板’$*%）/&&.%*
$%!
7和9%!
7"
2）%&&1观察窗上的强度花样"从
"用柱面透镜准直光束
上到下!
激光器的像散分别为
%&!
$%&!
2%&和0%&
图/用一对柱面透镜准直二极管激光束"
第一个透镜将光束沿快轴准直!
而第二个透镜将光束沿慢轴展开
*）04=*>%）%!
!
00;’?
’%<$@的梯度折射率材料制成"透镜的净孔径"!
3
0）%77!
""3"）$77"激光器前表面
与该透镜第一表面之间的距离是
%）9!
577"用折射率（3"）:
0均匀玻
璃制成的平面>柱面第二个透镜与
第一透镜相距%）94877"其厚度;沿
光轴方向<是9）$77!
长077!
曲率半径977!
净孔径"）077"透镜表
面皆涂消反射膜"
图5表示在图8平面>柱面透镜后%）977处的观察平面上计算的强度和相位图形"透镜对捕获的光功率约5%A!
在观察平面上的均方根波前像差为B%）"4!
"同样的透镜对1轻微调整两镜间的距离
在
目前激光束像散情况!
可用于准直而不引起波前质量任何退化"
在光束准直前通过沿光束的慢轴传播!
则柱透镜对能够调节束截面的椭圆度"当然!
第二透镜需要的物理参量与希望的准直束的短轴和长轴比有关!
但是!
原则上任何椭圆度都能达到"这样!
柱面透镜对不仅能将二极管激光器的发散光束准直!
而且还能使光束截面整形1特别是成圆形<"
用柱面透镜准直二极管激光
束!
如图8所示"其中第一个透镜负
责沿快发散轴准直光束!
第二个透
镜负责沿慢轴扩束"当发散角度大
时!
具有梯度折射率的柱面透镜提
供更好的准直能力!
以及对剩余像
差的更好修正"
#渐变放大和光束压缩
考虑一具体的例子"波长!
%3
图4表示经渐变棱镜沿!
轴扩
45%67!
#!
38!
!
#"390!
+像散"&3%的
展光束后!
用无像差透镜使二极管
单横模光束"第一个透镜是半径’%3
激光束准直"这种准直的渐变放大
*）077!
长077柱形棒!
它由（1’<3
光束接着用无像差透镜聚焦!
其效
$,
第!
"卷!
第#期
&’（）!
*+,’）$
$%%!
年$月
!
"#"$%&’（
-./）$%%!
果与最初对准直光束进行聚焦一
样"由于激光束发散角在平行和垂
直于结面有很大不同0即!
!
"!
#1!
沿!
轴的准直光束直径一般比沿"
轴的小很多"沿!
轴扩展光束!
直至
充满聚焦透镜的入射光瞳!
则能得
到本质上比在激光器前表面出现的
亮斑还小的光斑"
图*%表示在图2系统几个截
图!
从图"所示的透镜对射出的激光束#$%&!
’（）*!
%"!
*#%+,!
!
像散!
%’-的强
面上的强度和相位计算图"激光参
度#.-和相位/01图形"对本模拟中选择的特殊透镜!
光功率透射率2!
’3!
均方根
量取"%324%56!
!
!
37!
!
!
#389!
!
像
波前像差’45&!
孔径截面上的峰6谷相位差为27!
’!
散##3%"准直镜和聚焦透镜数值孔
径$%3%）:
!
&3!
）266!
棱镜对的放
大因子’39）9;沿!
轴<足够使光束
截面圆形化"图*%的顶行表示在
激光器前面的光束!
第二行表示进
入棱镜之前光束的椭圆截面!
其纵
横比=9）9"从棱镜对出射的光束呈
圆形0见第三行<"最后一行表示聚焦
平面上的聚焦斑点#把激光器前表
图&
二极管激光束准直后!
用棱镜对整形!
沿8轴将光束扩束"接着用与准直所用相
面亮椭圆斑点压缩而成的像有圆对
同的无像差透镜将准直$渐变放大的光束聚焦
称性!
沿!
轴显著减小了直径"
图**与图*%情况相似!
但将
二极管激光器沿!
轴位置移动到
!
3>$%!
6"光束的准直和渐变放大
工作如前述!
但是从准直镜出射的
光束与#轴倾斜约$8!
"棱镜对沿
!
轴将光束放大=9）9倍!
同时也将
光束的倾斜减小相同倍数"净结果
是把激光器前表面的亮椭圆斑点
像!
除了尺寸被压缩之外!
还使它
更靠近光轴;!
3?
8）:
!
6<"这是一个
很重要的结果"例如!
可用于非相
干激光束的压缩"典型的高功率多
横模二极管激光可能有如上述;即
7!
"89!
<相同的发散角!
但是!
在前
表面上的亮斑很大!
比如!
=""
9%!
6$"这样!
激光的辐射剖面可认
图5’在图&系统几个截面上的强度/左1
图55与图5’情况相同!
但所用二极管
为是由大量互相不相干的光丝构
和相位/右1的对数值分布"透镜的数值孔
激光器沿8轴向左位移7’）!
将
成!
每个都类似于二极管激光器的
径"#%’49!
$%:
4&"棱镜由%%54"7玻璃制
/<-与/>-相比较!
看到通过棱镜对
相干光束;即单横模<"因此!
如果非
成!
其顶角为9&!
"/.%$&0-是在激光器前表
之后!
准直光束的倾角有显著减
相干激光中心的光丝与图"%描述
面!
/;%$&<-在准直镜出射光瞳的!
刚好进
小"激光束的像!
除被圆形化之外!
入棱镜对之前!
/=%$&>-从第二个棱镜进入!
更靠近在&%’的光轴!
如图/?
%$
的相干光束全同!
则图""就代表
/?
%$&@-聚焦透镜的焦平面
&@-所示
边缘的光丝"用图2的系统能这样
5&
出师表
两汉：
诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：
愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：
愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。
先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也
。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。
后值倾覆，受任于败军之际，奉命
升级会员 