激光二極管是當(dāng)代激光技術(shù)的無(wú)冕之王（hidden champions）。從簡(jiǎn)單的激光筆到復(fù)雜的量子通信衛(wèi)星，激光二極管無(wú)處不在。它具有卓越的效能，緊湊的結(jié)構(gòu)，眾多的類型，最重要的是，它正變得越來(lái)越便宜。

許多人已經(jīng)考慮把激光二極管應(yīng)用到自己的產(chǎn)品中， 有時(shí)可能是全新的系統(tǒng)，有時(shí)可能用來(lái)替換舊的激光器。面對(duì)種類眾多的激光二級(jí)管，工程師們?cè)撊绾芜x擇？

本文旨在回答：如何選擇適用的激光二極管？哪些參數(shù)至關(guān)重要，哪些可以忽略？

下面以實(shí)例說(shuō)明， 四個(gè)步驟幫助您確定所需的激光二極管的規(guī)格。

步驟1：將應(yīng)用需求轉(zhuǎn)換為激光參數(shù)

為了找到適合您的應(yīng)用或產(chǎn)品的激光二極管，您可能首先要根據(jù)應(yīng)用確定一組參數(shù)。假設(shè)我們要構(gòu)建一個(gè)激光干涉儀以進(jìn)行表面輪廓分析或速度測(cè)量。

為構(gòu)建此設(shè)備，我們需要一個(gè)相干長(zhǎng)度為1至10 m的激光二極管，并且干涉圖應(yīng)在溫度變化（《0.1 nm / K）時(shí)保持穩(wěn)定。我們需要準(zhǔn)直的高斯光束，功率應(yīng)》 80mW。我們使用的檢測(cè)器基于硅（Si），僅適用于《1100nm波長(zhǎng)。在這種情況下，中心波長(zhǎng)本身和偏振不太重要。目前， 我們暫時(shí)還不清楚激光二極管的封裝類型。

表1.應(yīng)用要求和激光二極管參數(shù)（示例數(shù)據(jù)以紅色顯示）。

上圖表1左側(cè)列出了應(yīng)用或產(chǎn)品要求，右側(cè)列出了激光參數(shù)。從相干長(zhǎng)度，就可以計(jì)算出Δ使用線寬ν = C /πL= 9.6-95.5兆赫。

對(duì)于剛接觸該領(lǐng)域的人，首先需要了解這些參數(shù)的含義。

相干長(zhǎng)度是相干明顯衰減的距離。請(qǐng)參考以下的公式：

Δ ν =C /πL

其中Δ ν是帶寬（或線寬），C光速，以及L相干長(zhǎng)度。

光譜分辨率，表示帶寬（納米）和波長(zhǎng)之間的關(guān)系：R = λ /Δ λ。如果是光譜儀或更一般的頻譜，則是激光分辨電磁頻譜特征的能力的度量。

如果想用納米（nm）值來(lái)計(jì)算帶寬（MHz）的，可以使用Δ ν =Δ λ * C/ λ 2

帶通，用于檢測(cè)激光信號(hào)的傳感器通常會(huì)使用干涉濾光片來(lái)阻擋干擾的環(huán)境光。因此，激光源的波長(zhǎng)必須保持在濾光器的透射范圍內(nèi)。在這種情況下，我們通常可以忽略有限的中心波長(zhǎng)公差。

光束質(zhì)量，可以通過(guò)幾種方式定義。一個(gè)是M 2因子，它表示光束與理想高斯形狀的接近程度。因此，1.0表示完美的高斯光束。另一個(gè)是光束參數(shù)乘積（BPP），為此我們必須將聚焦的光束腰與遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散相乘。

強(qiáng)度，表示光束區(qū)域（最好是焦點(diǎn)）中的激光功率。因此，其單位為W / cm 2。

光束輪廓，是指激光束的強(qiáng)度分布。它可能是平頂（矩形分布）或高斯分布。單模光束通常是（接近）高斯光束，而多模光束通常不是高斯光束。根據(jù)混合模式的數(shù)量和強(qiáng)度分布，它可能具有多種形狀。

激光源的亮度，可衡量其輸出功率和光束質(zhì)量。本質(zhì)上，它是激光功率除以BPP。單位為W / cm 2 * sr。

步驟2：選擇激光類型

第二步，我們將更具體地描述激光類型。我們面臨許多選擇。解決該問(wèn)題的正確方法是權(quán)衡各個(gè)選項(xiàng)。灰色陰影部分標(biāo)識(shí)了單模激光二極管常用的不同選項(xiàng)。

表2.參數(shù)選擇和權(quán)重。

某些類型的激光二極管，較高的光束質(zhì)量通常伴隨較低的輸出功率。

我們將適合應(yīng)用的參數(shù)做出標(biāo)記（以構(gòu)建激光干涉儀為例）。對(duì)于波長(zhǎng)公差，沒(méi)有任何限制。因此權(quán)重為零。對(duì)于線寬，計(jì)算范圍在10至100 MHz之間，因此穩(wěn)定脊形波導(dǎo)列中的《50 MHz聽起來(lái)是合理的。由于這是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，因此權(quán)重為2。

我們用同樣的方式處理其他參數(shù)。在最后一行中，我們將所有標(biāo)記相乘后乘以權(quán)重。事實(shí)證明，“單頻激光器/穩(wěn)定脊波導(dǎo)激光器”列的權(quán)重最高為9。因此，這是我們要尋找的激光二極管類型。

步驟3：選擇激光材料

波長(zhǎng)通常對(duì)于應(yīng)用非常重要。

表3.激光二極管材料的選擇。

表3概述了特定材料及其波長(zhǎng)范圍。在范例中，檢測(cè)器基于Si，激光發(fā)射波長(zhǎng)限制為《1100 nm。這意味著氮化鎵（GaN）或砷化鎵（GaAs）的激光二極管可能適合我們。通常，在可見光（VIS）或近紅外（NIR）中，紫外線（UV）解決方案比激光二極管貴，因此標(biāo)出VIS-to-NIR材料。

步驟4：制作最終圖表并開始尋找供應(yīng)商

現(xiàn)在，我們有了適用的激光二極管所需的所有參數(shù)。表4顯示了從先前的圖表中得出的一組參數(shù)，我們將在下面討論其他參數(shù)：

操作模式（連續(xù)波［CW］，脈沖或調(diào)制）。這可能會(huì)對(duì)散熱管理以及封裝樣式產(chǎn)生巨大影響。對(duì)于低占空比（Lowduty cycle）的脈沖或脈沖調(diào)制激光二極管，廢熱可能更少，因此封裝尺寸可能更小。

光束準(zhǔn)直（自由空間，集成光學(xué)元件或光纖尾纖）。這在很大程度上取決于您的應(yīng)用。通常，標(biāo)準(zhǔn)化的光學(xué)連接器接口（例如套圈連接器（FC）或標(biāo)準(zhǔn)連接器（SC））很有用。

封裝。平面封裝或者TO封裝。整體尺寸，現(xiàn)有解決方案的兼容性，引腳配置。這些都是考慮因素。

價(jià)格。在工業(yè)領(lǐng)域，一些普遍的波長(zhǎng)的激光二極管比其他的便宜得多。

另一方面，如果您的需求量是每年批次是數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)個(gè)激光二極管。您可以考慮成為激光二極管供應(yīng)商的戰(zhàn)略合作伙伴，因?yàn)槎ㄖ频募す舛O管可以使批量生產(chǎn)更有保證，因?yàn)椋侥壳盀橹梗@一數(shù)量級(jí)仍未受到大型供應(yīng)商的關(guān)注。

表4.激光二極管參數(shù)。

有了表4中的數(shù)據(jù)，您可以開始尋找激光二極管供應(yīng)商，供應(yīng)商可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)了解您的需求，盡快提供可能的解決方案。