激光粒度仪中半导体激光器与氦氖激光器的比较

日期:2017-05-02 16:05:15/ 人气: / 来源:


 
  半导体激光器 氦氖激光器
外观
激光功率稳定性对比
 
半导体激光器模块的核心部件为半导体激光管,即LD(Laser Diode),绝大多数半导体激光器模块生产厂家均是购买来LD然后进行装配的。

半导体激光管(LD)的激光输出功率会随其壳体的温度变化而有较大变化。下图为一个典型的半导体激光管的功率-电流曲线,从图中可以看到对于同一电流输入的情况,不同的壳体温度会导致激光管输出的功率产生变化。
半导体激光器模块从散热方式上可以简单的分为两种:带温控(TEC)的半导体激光器与不带温控的半导体激光器。

对于指示或对准等应用,即对激光功率稳定性及激光噪声要求不高的应用,不带温控的半导体激光器模块因其低廉的价格而被大量使用。而对于需要较高激光功率,或对激光功率稳定性及激光噪声要求较高的应用,一般均采用带温控的半导体激光器。
氦氖激光器是一种气体激光器,其结构如下图,

在一定工艺的保证下,高质量的氦氖激光器具有良好?#27670;?#20986;功率稳定性?#22270;?#20302;的激光噪声水平,并且激光参数受环境温度影响非常小。
激光输出波长
 
半导体激光器的中心波长的一致性比较差,不同批次的半导体激光管的中心波长一般来说都会略有差别。所以在标明半导体激光器的波长?#20445;?#27491;规的标法应该是给出一个波范围。

并且半导体激光管(LD)输出波长会随其壳体温度的改变而变化,在壳体温度变化20度的情况下,其输出波长有常常会变化几个纳米。
氦氖激光器?#27670;?#20986;波长为准确的632.8nm,并且不会随功率、批次及工作温度的变化而发生改变。(激光粒度仪中稳定的光源是测试结果稳定精确的基础)
 
光束质量(发散角,光斑)
 
半导体激光管(LD)的发出的激光束的发散角非常大,且两个?#36739;?#30340;发散角不同(如下图1),所以绝大多数半导体激光模块?#23478;?#23545;半导体激光管发出的激光进行光束整形。
半导体激光器模块的最终光束整形的效果要视各家公司的光学设计能力有很大的不同。只经过简单整形的半导体激光器模块,由于两个?#36739;?#21457;散角的差别,激光光斑一般会成椭圆形,?#20197;?#19981;同的工作距离上光斑形状也会不同。
而氦氖激光器在光束质量方面则是各种激光器中的最好的。以Melles Griot氦氖激光器为例,其光束质量因子M2一般均小于1.05,非常接近完美的高斯分布。激光粒度仪中很重要。
调制性能及功率控制
 
半导体激光器可以进行高速?#27670;?#23383;及模拟调制。而且半导体激光?#27670;?#20986;功率可以通过对输入电流的控制或模拟调制信号方便地进行控制。
氦氖激光器一般无法提供调制功能功率?#21442;?#27861;进行调节。
 
优缺点 半导体激光器对比于氦氖激光器的主要优势在于:
1、价格便宜,2、体积小;3、可以做高速调制,4、功率可以很方便的进行各种调制,5、功率可控
而氦氖激光器相对于半导体激光器的主要优势在于:
1、优质的光束质量;2、良好的功率稳定性;3、激光参数(波长、光斑直径,发散角、光斑能量分布)一致性好。(激光粒度仪测试精确性以及稳定性的重要保证,也是行业大部分采用氦氖激光器的原因)
 
 

作者:润之


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