激光粒度儀中半導體激光器與氦氖激光器的比較

日期:2017-05-02 16:05:15/ 人氣: / 來源:


 
  半導體激光器 氦氖激光器
外觀
激光功率穩定性對比
 
半導體激光器模塊的核心部件為半導體激光管,即LD(Laser Diode),絕大多數半導體激光器模塊生產廠家均是購買來LD然后進行裝配的。

半導體激光管(LD)的激光輸出功率會隨其殼體的溫度變化而有較大變化。下圖為一個典型的半導體激光管的功率-電流曲線,從圖中可以看到對于同一電流輸入的情況,不同的殼體溫度會導致激光管輸出的功率產生變化。
半導體激光器模塊從散熱方式上可以簡單的分為兩種:帶溫控(TEC)的半導體激光器與不帶溫控的半導體激光器。

對于指示或對準等應用,即對激光功率穩定性及激光噪聲要求不高的應用,不帶溫控的半導體激光器模塊因其低廉的價格而被大量使用。而對于需要較高激光功率,或對激光功率穩定性及激光噪聲要求較高的應用,一般均采用帶溫控的半導體激光器。
氦氖激光器是一種氣體激光器,其結構如下圖,

在一定工藝的保證下,高質量的氦氖激光器具有良好的輸出功率穩定性和極低的激光噪聲水平,并且激光參數受環境溫度影響非常小。
激光輸出波長
 
半導體激光器的中心波長的一致性比較差,不同批次的半導體激光管的中心波長一般來說都會略有差別。所以在標明半導體激光器的波長時,正規的標法應該是給出一個波范圍。

并且半導體激光管(LD)輸出波長會隨其殼體溫度的改變而變化,在殼體溫度變化20度的情況下,其輸出波長有常常會變化幾個納米。
氦氖激光器的輸出波長為準確的632.8nm,并且不會隨功率、批次及工作溫度的變化而發生改變。(激光粒度儀中穩定的光源是測試結果穩定精確的基礎)
 
光束質量(發散角,光斑)
 
半導體激光管(LD)的發出的激光束的發散角非常大,且兩個方向的發散角不同(如下圖1),所以絕大多數半導體激光模塊都要對半導體激光管發出的激光進行光束整形。
半導體激光器模塊的最終光束整形的效果要視各家公司的光學設計能力有很大的不同。只經過簡單整形的半導體激光器模塊,由于兩個方向發散角的差別,激光光斑一般會成橢圓形,且在不同的工作距離上光斑形狀也會不同。
而氦氖激光器在光束質量方面則是各種激光器中的最好的。以Melles Griot氦氖激光器為例,其光束質量因子M2一般均小于1.05,非常接近完美的高斯分布。激光粒度儀中很重要。
調制性能及功率控制
 
半導體激光器可以進行高速的數字及模擬調制。而且半導體激光的輸出功率可以通過對輸入電流的控制或模擬調制信號方便地進行控制。
氦氖激光器一般無法提供調制功能功率也無法進行調節。
 
優缺點 半導體激光器對比于氦氖激光器的主要優勢在于:
1、價格便宜,2、體積小;3、可以做高速調制,4、功率可以很方便的進行各種調制,5、功率可控
而氦氖激光器相對于半導體激光器的主要優勢在于:
1、優質的光束質量;2、良好的功率穩定性;3、激光參數(波長、光斑直徑,發散角、光斑能量分布)一致性好。(激光粒度儀測試精確性以及穩定性的重要保證,也是行業大部分采用氦氖激光器的原因)
 
 

作者:潤之


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