單模與多模法布里-珀羅激光二極管對(duì)比

法布里-珀羅（FP）激光二極管是目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的激光二極管類型，應(yīng)用廣泛。

發(fā)射器區(qū)域FP 激光器是一種邊緣發(fā)射裝置，其工作原理是激光諧振腔，即法布里-珀羅諧振腔。法布里-珀羅共振器是一個(gè)帶有兩個(gè)反射鏡的腔體。激光二極管的正反兩面是反射鏡。只有頻率與諧振模式相同的光子才能在腔體內(nèi)傳播。這些光子在兩個(gè)面之間來(lái)回反射，并被腔內(nèi)的半導(dǎo)體增益介質(zhì)放大。在激光設(shè)備的制造過(guò)程中，可以通過(guò)在一端涂上高反射涂層，在另一端涂上抗反射涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)高效反射。激光束從涂有防反射涂層的邊緣發(fā)射。

FP 激光二極管有時(shí)被分為單模和多模，即單空間模式和多空間模式。這兩種類型的主要區(qū)別在于橫向（慢軸）的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。單模激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)分布呈鐘形，只有一個(gè)峰值，而多模激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)分布則有多個(gè)峰值。此外，單模激光器通常功率較低，但亮度較高。決定這些特性的主要因素與發(fā)射器寬度有關(guān)，即發(fā)射區(qū)的寬度[如圖 1 所示]。激光器的輸出光束呈橢圓形，較長(zhǎng)的尺寸稱為快軸，較短的尺寸稱為慢軸[圖 2]。

FP 激光二極管輸出光束的特性有一種分類方式，即通過(guò)測(cè)量光束半徑來(lái)確定激光光束聚焦的緊密程度。就 M2 而言，激光可分為三大類型： 1) 光束質(zhì)量小于 1.3 的激光器被定義為“純 ”單模，數(shù)值為 1 的激光器被認(rèn)為是純單模；2) 1.3 < x < 2 的激光器被認(rèn)為是半單模；3) > 2 的激光器被認(rèn)為是多模。M2 被稱為光束傳播比，是衡量激光輸出光束質(zhì)量的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。激光束輸出有兩個(gè)關(guān)注點(diǎn)，其差異在于與設(shè)備邊緣的距離。最靠近設(shè)備的點(diǎn)稱為近場(chǎng)，而更常測(cè)量的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)場(chǎng)。下圖 3 和圖 4 對(duì)比了單模和多模 FP 激光器光束遠(yuǎn)場(chǎng)的差異。比較兩者不難發(fā)現(xiàn)，差異存在于較短（慢軸）軸上，多模激光器表現(xiàn)出“兔耳”效應(yīng)，這是由于增益腔中支持多個(gè)模式造成的。注：多模激光二極管的遠(yuǎn)場(chǎng)模式形狀會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電流或溫度的變化而發(fā)生顯著變化。

影響激光二極管運(yùn)行和光束質(zhì)量的其他因素還包括器件結(jié)溫的溫度穩(wěn)定性。溫度會(huì)影響帶隙，從而導(dǎo)致波長(zhǎng)偏移，但不會(huì)改變單模與多模的特性。

在應(yīng)用層面，F(xiàn)P 激光設(shè)備可用于自由空間或光纖耦合配置。根據(jù)是單模還是多模，本應(yīng)用簡(jiǎn)介中描述的光束特性會(huì)帶來(lái)不同的挑戰(zhàn)。