zemax在序列模式下模拟LD
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2018-12-26
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摘要：本文章將說明如何在序列模式中，用光線的模型來模擬 LD 光源。
作者：Michael Cheng
時間：June 16, 2017
前言
雷射二極體 (Laser Diode，以下簡稱 LD) 由於體積小、同調性、單色等優點，
十年來逐漸被應用在各種軍事或消費產品中。無論哪種 LD，其結構中一定都包
含一個主動層，雷射光便是從主動層中通過激發與共振的過程後出光。雖然主
動層也有材料、折射率等各種考量，但對於光學工程師來說，我們僅關心其出
光的型態如何在 OpticStudio 中模擬。
跟一般雷射不同的是，LD 的光束通常發散角度很大。對於一些主動層開口在側
面的類型來說，光束甚至不是圓形，而是橢圓的型態，且 X 與 Y 方向上焦點位
置不同，即所謂像散 (Astigmatism) 的特性。
雷射的出光形狀以及強度等結構，會跟主動層的設計有很大關係，雖然從波導
理論的角度來看，我們知道矩形的主動層並不會產生完美的高斯光束，但一般
LD 的光型結構跟高斯光束通常很接近 (能量較弱兩側略為可能不同)，因此常見
的方法是用高斯光束來模擬 LD，這也是本文要使用的方式。
以下我們將說明在已知 X 與 Y 方向散角下，如何以光線方式模擬高斯強度分布、
橢圓光束、以及像散 (Astigmatism) 等特性。
注意 1：此文章將說明如何在序列模式中用 “光線” 描述雷射光束。由於雷射為
高同調性光源，光束在傳播上干涉、繞射的效應強，而光線模型對於繞射效應
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