单模与多模法布里-珀罗激光二极管对比

法布里-珀罗（FP）激光二极管是目前市场上常见的激光二极管类型，应用广泛。

发射器区域FP 激光器是一种边缘发射装置，其工作原理是激光谐振腔，即法布里-珀罗谐振腔。法布里-珀罗共振器是一个带有两个反射镜的腔体。激光二极管的正反两面是反射镜。只有频率与谐振模式相同的光子才能在腔体内传播。这些光子在两个面之间来回反射，并被腔内的半导体增益介质放大。在激光设备的制造过程中，可以通过在一端涂上高反射涂层，在另一端涂上抗反射涂层来实现高效反射。激光束从涂有防反射涂层的边缘发射。

FP 激光二极管有时被分为单模和多模，即单空间模式和多空间模式。这两种类型的主要区别在于横向（慢轴）的远场分布。单模激光器的远场分布呈钟形，只有一个峰值，而多模激光器的远场分布则有多个峰值。此外，单模激光器通常功率较低，但亮度较高。决定这些特性的主要因素与发射器宽度有关，即发射区的宽度[如图 1 所示]。激光器的输出光束呈椭圆形，较长的尺寸称为快轴，较短的尺寸称为慢轴[图 2]。

FP 激光二极管输出光束的特性有一种分类方式，即通过测量光束半径来确定激光光束聚焦的紧密程度。就 M2 而言，激光可分为三大类型： 1) 光束质量小于 1.3 的激光器被定义为“纯 ”单模，数值为 1 的激光器被认为是纯单模；2) 1.3 < x < 2 的激光器被认为是半单模；3) > 2 的激光器被认为是多模。M2 被称为光束传播比，是衡量激光输出光束质量的公认标准。激光束输出有两个关注点，其差异在于与设备边缘的距离。最靠近设备的点称为近场，而更常测量的点称为远场。下图 3 和图 4 对比了单模和多模 FP 激光器光束远场的差异。比较两者不难发现，差异存在于较短（慢轴）轴上，多模激光器表现出“兔耳”效应，这是由于增益腔中支持多个模式造成的。注：多模激光二极管的远场模式形状会随着驱动电流或温度的变化而发生显著变化。

影响激光二极管运行和光束质量的其他因素还包括器件结温的温度稳定性。温度会影响带隙，从而导致波长偏移，但不会改变单模与多模的特性。

在应用层面，FP 激光设备可用于自由空间或光纤耦合配置。根据是单模还是多模，本应用简介中描述的光束特性会带来不同的挑战。