人們通常將半導體激光器輸出的光場(chǎng)分布分別用近場(chǎng)與遠場(chǎng)特性來(lái)描述。近場(chǎng)分布系指光強在解理面上的分布,它往往和激光器的側向模式聯(lián)系在一起。遠場(chǎng)特性是指距輸出腔面一定距離（d＞λ）的光束在空間的分布,它常與光東發(fā)散角的大小相聯(lián)系。在半導體激光器的許多應用中,總希望光束在空間分布是圓對稱(chēng)的,以便用普通的透鏡系統聚焦成小光點(diǎn),也便于與圓形截面的光纖進(jìn)行高效率耦合。對用作光信息處理光源的半導體激光器,更希望它能輸出發(fā)散角很小的細光束,以提高信息的存貯密度。但是由于半導體激光器有源層截面的不對稱(chēng)性和有源區很薄,其諧振腔厚度與輻射波長(cháng)可以比擬,因此中心層截面的作用類(lèi)似于一個(gè)狹縫,它使光束受到折射并發(fā)散。輸出光束發(fā)散角很大,光強分布(光斑形狀)也不對稱(chēng)。垂直于結平面方向的發(fā)散角0很大,可達30°~40°，根據外延和結構設計不同，有的能達到90°。平行于結平面的發(fā)散角日較小,一般為10°~20°。下面就此問(wèn)題分別作些討論。

垂直于結平面的發(fā)散角叫快軸。

為了降低閾值電流密度和改善模式特性,半導體激光器的有源區必須很薄,

只有0.1um~0.2μm。根據狹縫衍射原理,要求解快軸,就必須計算光強隨自由空間偏離光傳播軸線(xiàn)的遠場(chǎng)分布。

考慮如圖所示的三層平板介質(zhì)波導結構。

在z=0處是腔面與空氣的界面,在有源層中心x=0處其折射率為nx=+d,/2x=-d 12有源層厚為d。假設波導在y方向是無(wú)窮的,為了求得

,應先求出自由空間某點(diǎn)0(x,*)處的電場(chǎng)8(*,z)。因為x=rsin0,z=rcos0(r看成是由點(diǎn)光源發(fā)出的球面波半徑)。利用富立葉變換將8(x,z)表示為0的函數圖4.2-5 激光器中輻射在狹縫上的衍射繼而求出光強1(0)和0=0時(shí)的光強I0)。再定義I(0)/1(0)為1/2時(shí)所對應的角度為0。這里省去繁冗的推導,直接寫(xiě)出d。很小時(shí)的&(0)表達式

側發(fā)光芯片Y方向上的發(fā)散角偏大，因為能發(fā)光的有源層太薄了，隨便一發(fā)射就能分開(kāi)很大的一個(gè)角度，而X方向可以通過(guò)加大Mesa的寬度開(kāi)改變大小，都是幾十um甚至上百微米的寬度，因此發(fā)散角很小。但是激光后續都希望能以近圓形的光斑點(diǎn)耦合到光纖等其他組件中，因此如何做到小的發(fā)散角是芯片的一個(gè)重點(diǎn)方向。

同樣的外延，快軸也能到90°，角度越大越不好。

如何縮小快軸的角度，讓光斑接近圓形，對大功率激光器芯片來(lái)說(shuō)是個(gè)難點(diǎn)。