半導(dǎo)體激光器和氦氖激光器的比較

1、半導(dǎo)體激光器和氦氖激光器的比較 總體來講，紅光半導(dǎo)體激光器與氦氖激光器相比各有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。本文對(duì)氦氖激光器與半導(dǎo)體激光的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行一些簡(jiǎn)述，希望對(duì)不同應(yīng)用的客戶在選擇激光器時(shí)產(chǎn)生些許幫助。        激光功率穩(wěn)定性對(duì)比半導(dǎo)體激光器模塊的核心部件為半導(dǎo)體激光管，即LD（Laser Diode），絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光器模塊生產(chǎn)廠家均是購(gòu)買來LD然后進(jìn)行裝配的。半導(dǎo)體激光管（LD）的激光輸出功率會(huì)隨其殼體的溫度變化而有較大變化。下圖為一個(gè)典型的半導(dǎo)體激光管的功率電流曲線，從圖中可以看到對(duì)于同一電流輸入的情況，不同的殼

2、體溫度會(huì)導(dǎo)致激光管輸出的功率產(chǎn)生變化。半導(dǎo)體激光器模塊從散熱方式上可以簡(jiǎn)單的分為兩種：帶溫控（TEC）的半導(dǎo)體激光器與不帶溫控的半導(dǎo)體激光器。對(duì)于指示或?qū)?zhǔn)等應(yīng)用，即對(duì)激光功率穩(wěn)定性及激光噪聲要求不高的應(yīng)用，不帶溫控的半導(dǎo)體激光器模塊因其低廉的價(jià)格而被大量使用。而對(duì)于需要較高激光功率，或?qū)す夤β史€(wěn)定性及激光噪聲要求較高的應(yīng)用，一般均采用帶溫控的半導(dǎo)體激光器。另外，溫控對(duì)于延長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器的壽命有很大的幫助。氦氖激光器是一種氣體激光器，其結(jié)構(gòu)如下圖， 在一定工藝的保證下，高質(zhì)量的氦氖激光器具有良好的輸出功率穩(wěn)定性和極低的激光噪聲水平，并且激光參數(shù)受環(huán)境溫度影響非常小。以Melles

3、Griot公司25-LHP系列氦氖激光器為例，其8小時(shí)功率穩(wěn)定性小于+/-2%；在30 Hz to 10 MHz范圍內(nèi)激光噪聲（RMS值）小于0.5%；激光器工作溫度可從20°C 到 40°C。激光輸出波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器的中心波長(zhǎng)的一致性比較差，不同批次的半導(dǎo)體激光管的中心波長(zhǎng)一般來說都會(huì)略有差別。所以在標(biāo)明半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)時(shí)，正規(guī)的標(biāo)法應(yīng)該是給出一個(gè)波范圍。例如 Melles Griot公司56RCS004/HS（28mW）的波長(zhǎng)范圍為636641nm；56 RCS 009/HS（45mW）波長(zhǎng)范圍為640645nm；56 RCS 008/HS（75mW）波長(zhǎng)范圍為655

4、665nm。并且半導(dǎo)體激光管（LD）輸出波長(zhǎng)會(huì)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(zhǎng)有常常會(huì)變化幾個(gè)納米。氦氖激光器的輸出波長(zhǎng)為準(zhǔn)確的632.8nm，并且不會(huì)隨功率、批次及工作溫度的變化而發(fā)生改變。光束質(zhì)量（發(fā)散角，光斑）。半導(dǎo)體激光管（LD）的發(fā)出的激光束的發(fā)散角非常大，且兩個(gè)方向的發(fā)散角不同（如下圖），所以絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光模塊都要對(duì)半導(dǎo)體激光管發(fā)出的激光進(jìn)行光束整形。半導(dǎo)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(xué)設(shè)計(jì)能力有很大的不同。只經(jīng)過簡(jiǎn)單整形的半導(dǎo)體激光器模塊，由于兩個(gè)方向發(fā)散角的差別，激光光斑一般會(huì)成橢圓形，且在不同的工作距離上光斑形狀也會(huì)不同

5、。Melles Griot擁有實(shí)力強(qiáng)大的光學(xué)設(shè)計(jì)隊(duì)伍，其56RCS系列半導(dǎo)體激光器光斑遠(yuǎn)場(chǎng)圓度均大于95，具體請(qǐng)見下圖。而氦氖激光器在光束質(zhì)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(zhì)量因子M2一般均小于1.05，非常接近完美的高斯分布。調(diào)制性能及功率控制半導(dǎo)體激光器可以進(jìn)行高速的數(shù)字及模擬調(diào)制。以Melles Griot公司 56RCS系列半導(dǎo)體激光模塊為例，其數(shù)字調(diào)制（TTL調(diào)制）可達(dá)350MHz，上升沿下降延時(shí)間均小于1個(gè)納秒，過沖小于10。模擬調(diào)制也可達(dá)5MHz。而且半導(dǎo)體激光的輸出功率可以通過對(duì)輸入電流的控制或模擬調(diào)制信號(hào)方便地進(jìn)行控制。而氦氖激光器一般無法提供調(diào)制功能功率也無法進(jìn)行調(diào)節(jié)。綜上所述，半導(dǎo)體激光器與氦氖激光器各有其優(yōu)勢(shì)， 總結(jié)如下：半導(dǎo)體激光器對(duì)比于氦氖激光器的主要優(yōu)勢(shì)在于：1、價(jià)格便宜，2、體積小；3、可以做高速調(diào)制，4、功率可以很方便的進(jìn)行各種調(diào)制，5、功率可控而