课程设计1半导体激光器准直物镜设计
激光技术课程设计
激光技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解激光技术的基本原理，掌握激光的产生、传播、特性及应用的相关知识。
2. 了解激光技术在现代科技领域的重要地位，掌握其在工业、医疗、通信等方面的应用案例。
3. 掌握激光安全知识，了解激光对人体的潜在危害及其防护措施。
技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并解决激光技术在实际应用中遇到的问题。
2. 能够设计简单的激光实验，进行数据采集和结果分析，提高实验操作能力。
3. 能够运用激光技术相关知识，进行创新性思考，提出并阐述自己的观点。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对激光技术的好奇心和探索精神，激发学习兴趣。
2. 增强学生对我国激光技术发展的自豪感，培养爱国主义情怀。
3. 培养学生团队合作意识，学会在团队中发挥个人作用，共同解决问题。
课程性质分析：本课程为选修课，旨在让学生了解激光技术的基本原理及其在现代科技领域的应用，提高学生的科学素养和创新能力。
学生特点分析：本课程针对的是八年级学生，他们在物理知识方面具备一定的基础，对新鲜事物充满好奇心，但可能缺乏实际操作经验。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 创设情境，激发学生兴趣，引导学生主动参与课堂。
3. 关注学生个体差异，因材施教，使每个学生都能在课程中收获成长。
二、教学内容1. 激光基本原理：激光的产生、放大、发射过程，光的量子理论，激光与普通光的区别。
2. 激光特性：相干性、单色性、方向性、亮度，激光的传输与控制。
3. 激光应用：激光加工、激光医疗、激光通信、激光测量等领域的实际应用案例。
4. 激光安全：激光对人体的潜在危害，激光安全防护标准，安全操作注意事项。
5. 实践活动：设计并实施简单的激光实验，如激光束传播、激光切割、激光焊接等。
教学大纲安排：第一课时：激光基本原理及特性第二课时：激光应用及安全知识第三课时：实践活动（分组进行激光实验）教材章节及内容：第一章：激光基本原理与特性1.1 激光的产生与放大1.2 光的量子理论1.3 激光的特性第二章：激光应用与安全2.1 激光在工业领域的应用2.2 激光在医疗领域的应用2.3 激光安全知识第三章：实践活动3.1 激光束传播实验3.2 激光切割与焊接实验教学内容进度安排：第一周：第一章内容，第二课时进行实践活动一第二周：第二章内容，第三课时进行实践活动二第三周：总结与评价，巩固所学知识，进行拓展讨论三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下多样化的教学方法：1. 讲授法：教师通过生动的语言、形象的比喻和实际案例，讲解激光技术的基本原理、特性和应用。
光电检测原理与技术课程设计光学准直系统
光电检测原理与技术课程设计光电准直系统一、引言准直系统是利用光学自准原理，利用小角度测量或可转化位小角度测量的一种常用技术测试仪器。
所谓光电准直系统就是光学准直系统与光电技术结合的产物。
它具有测量精度高的优点，在精密，超精密定位方面有重要的作用。
小角度测量有多种方法，本实验主要采用平面反射镜的光学杠杆原理，在探测光斑移动时使用CCD来经行图像的采集。
关键字：光学杠杆光学准直系统望远镜系统照明系统 CCD二、基本原理：（一）光学准直系统的基本原理这部分系统，通常是由光源，位于物镜焦平面上的分划板和物镜三部分组成，望远镜实际上是准直装置的你应用，它是将入射的平行光在其焦平面上，然后再用目镜直接观察光斑的变化。
图2.1 准直系统原理图2.2 望远镜系统工作原理一个准直管和一个望远镜组合，两个装置的光轴在一条直线上，我们将看到从发光点F发出的光线通过准直管的物镜变为平行于主光轴的光束，进入望远镜的物镜之后在汇聚到F点；同样发自焦平面上另一点F1的光线射出准直管后变成方向平行与光轴的光束，它在进入望远镜后汇聚于其焦平面的F1点。
因此，线位移之比等于两系统焦距之比。
由于平行光束成像的位置位移的由他的方向所确定，而不受平行光束在进入透镜前所走过的距离的影响，所以与发光点F及F1相关的像F及F的位置不依赖于准直管和望远镜之间的距离。
在准直管的前面放置一个全反射镜，准直管发出的平行光束再由它本身来接受，就相当与集准直管与望远镜一体，这就是准直的原理。
将一个刻度线的图像以平行光束（准直光）的形式投射到反射镜上，该反射镜将其光束反射回准直系统。
如果反射镜与光轴垂直则光束将返回其自身。
如果反射镜倾斜一个角度α，则其反射光将于2α反射回来。
根据反射光的倾斜程度，自准图像将会以更大的角度发生位移。
通过测量自准直图像在X轴Y轴上的唯一可以测量得反射镜的角度变化。
自准直已为平行光。
其测量结果不受距离的影响。
图2.3 准直管简易图2.1.2 高斯系统为了使目镜不受光源遮挡，高斯系统的自准直仪光路在其光轴上加有析光镜。
基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计
（中北 大学 电子测试技术 国家重点实验室 ，山西 太原 ０３００５１）
摘 要 ：为 了解 决半 导体 激光器 出射光 束发散 角 大 的 问题 ，根 据 几何 光 学原 理 ，分 别针 对 半 导 体 激 光器 弧矢和 子 午方 向的不 同发 散角度 建 立 数 学模 型 ，设 计 出 了在 两个 相 互 垂 直 的方 向上 具有 不 同非球 面面 型 的非球 面透 镜 ，并 在 ＺＥＭＡＸ光 学设 计 软 件 中进 行 了仿 真 。经 非球 面 准 直透镜 准 直之 后 ，半 导体 激光器 快 慢轴 方 向 的发 散 角 分别 从 ３５。和 ７．５。压 缩 到 了 １．８ ｍｒａｄ和 ０．８４ ｍｒａｄ，在 距 离光 源 １０ １ＴＩ处接 收 面上 的总 光功率 为 ０．４９７ Ｗ ，光 能利用 率高 达 ９９．４％ 。 结 果表 明，在 相 互垂直 的方 向上 具有 不 同面 型 的非球 面准 直 透 镜 对半 导 体 激 光器 的准 直具 有 良 好 的效果 。 关 键词 ：半 导体 激光 器 ；非球 面透镜 ；ＺＥＭＡＸ；准 直 中图分 类 号 ：ＴＮ２４８ 文 献标 识码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０７８．２０１３．１２．１５
基金项 目：国家 自然科学 基金 （Ｎｏ．６１０７８０３６）；山西省 重大专 项 （Ｎｏ．２０１１１１０１０４５）资 助 。
作者简介 ：杜彬彬 （１９８８一），女 ，硕士研究生 ，主要从 事光学设 计 以及红外气体 传感 器气 室结 构设 计 等方 面研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｕｂｉｎｂｉｎ—
第 ４３卷 第 １２期 ２０１３年 １２月
半导体激光器工课程设计
摘要目前半导体激光器发展非常快。
随着技术的成熟，半导体激光器的应用也越来越广泛。
本文介绍了导体激光器产生激光的机理，即建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。
由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。
半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。
关键字；受激辐射半导体激光器异质结1.半导体激光器工作原理 (1)1.1激光产生工作原理 (1)1.2半导体激光器的工作特性 (2)1.2.1阈值电流 (2)1.2.2方向性 (2)1.2.3效率 (2)1.2.4光谱特性 (2)2.双异质结半导体激光器基本结构 (3)3.半导体激光器特性 (4)3.1功率及伏安特性P-I曲线 (4)3.2温度特性 (4)3.2.1阈值电流的温度特性 (4)3.2.2中心波长 的温度特性 (5)3.3调制特性 (5)4.半导体激光器组件 (6)5.半导体激光器驱动电路 (7)6.半导体激光器的应用前景 (7)参考文献 (8)1.半导体激光器工作原理1.1激光产生工作原理半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：(1)增益条件：建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布，在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现。
将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。
当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。
(2)要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜。
激光准直系统的设计
１１ 双镜组 （ ． 逆向望远镜）系统 最合理减小激光束发散角的系统是双镜组系统 ，对激光束连续两次交换．系统的第一镜组可以是 正的，也可以是负的．负的镜组能够得到更紧凑的系统．第二镜组往往是正的，这种系统的角放大率
按下式 确定 ：
＝ ＝
器 ＝ ， √
㈩
式 中 ２ ２ 分 别 为人 射激 光束和 变换后 的激 光束 的发 散角 ， 、 分别 为人射 光束和 变换后 的光 口、 ２ ２ 束 的束腰直 径 ，Ｚ Ｚ 别为 人射 光束和 变换后光 束的等 效共焦 参数． 。分
（） （ ） ｅ 按 ５ 式计 算 出第 二镜 组 （ 正镜组 ）的焦距 ： 一 了
一
＾ 厂 ： 『＿
第二镜组 的通 光 口径 Ｄ ≥ ３
。 一
可 由下两 式求 出 ：
√ 一
丽维普资讯 第 ２ 翁 开华 等 ：激 光 准 直 系 统 的设计
相对孔径； 值，然后选择第一镜组的焦距 ．
（ ）按 照 （ ）式 求 出光学 间隔 △ ｂ ２ 一 ． ． （）按 照 （ ）式求 出经 第一 镜组变换 的激 光束 的等效共 焦参数 ｚ （ 。＝Ｚ ． ｃ ３ 。 ｚ 。 ）
（ ）由仪器 技术要 求所 给 的系统输 出光束 所必 需的发 散角 ２ ，按 照 （）式 确定 系统 的角放 大率 ｄ １
２ 实用半导体激光水准仪 的设计
近年来 ，迅速 发展起 来 的红色可见 波 段的半 导体激光 器具有 体积 小 ，驱 动简单 ，功耗小 ，寿命 长 等特 点 ，为激 光指 向测量 带来 了巨大 的希望 ．然 而 ，半导 体激光 器从 结构上来 说 ，相 当于一个矩 形波 导式 的谐振 腔 ，光束 的发散 角很大． 且发射 的光 波为非球 面波 ，与此 非球面 波相垂 直 的分别位于 子午 和弧矢 平 面内的光束 不交 于 一点 ，发 散角不 对称 ，所 以半 导体激 光器 出射 的光束是 非轴 对称 的椭 园光 束 ，若 经球面 光学 系统之 后 ，在像 空 间仍 为 非对称光束 ，变 化的 只是光束 的发 散角 ，这对于 指 向测 量 是 不能 接受的．从 理论 上讲 ， 只有 采用 非轴对 称的柱 面透镜 组系统 或棱镜 对系统 来转变 成 轴对称光束 ，
半导体激光器实验
半导体激光器实验实验13半导体激光器实验【实验⽬的】1.通过实验熟悉半导体激光器的电学特性、光学特性。
2.掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。
3.根据半导体激光器的光学特性考察其在光电⼦技术⽅⾯的应⽤。
4.掌握WGD-6光学多道分析器的使⽤【仪器⽤具】半导体激光器及可调电源、WGD-6型光学多道分析器、可旋转偏振⽚、旋转台、多功能光学升降台、光功率指⽰仪【实验原理】1、半导体激光器的基本结构半导体激光器的全称为半导体结型⼆极管激光器，也称激光⼆极管，激光⼆极管的英⽂名称为laser diode，缩写为LD。
⼤多数半导体激光器⽤的是GaAs或GaAlAs材料。
P-N结激光器的基本结构和基本原理如图13-1所⽰，P-N结通常在N型衬底上⽣长P 型层⽽形成。
在P区和N区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使得附近的有源区内产⽣粒⼦数反转（载流⼦反转），还需要制成两个平⾏的端⾯起镜⾯作⽤，为形成激光模提供必需的光反馈。
图13-1（a）半导体激光器结构图13-1（b ）半导体激光器⼯作原理图2、半导体激光器的阈值条件阈值电流作为各种材料和结构参数的函数的⼀个表达式：)]1ln(21[8202R a Den J Q th +?=ληγπ这⾥， Q η是内量⼦效率，0λ是发射光的真空波长，n 是折射率，γ?是⾃发辐射线宽，e 是电⼦电荷，D 是光发射层的厚度，α是⾏波的损耗系数，L 是腔长，R 为功率反射系数。
图13-2半导体激光器的P-I特性图13-3 不同温度下半导体激光器的发光特性3、伏安特性伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常⽤V-I曲线表⽰。
V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。
与伏安特性相关联的⼀个参数是LD的串联电阻。
对V-I曲线进⾏⼀次微商即可确定⼯作电流（I）处的串联电阻（dV/dI）。
对LD⽽⾔总是希望存在较⼩的串联电阻。
图13-4典型的V-I曲线和相应的dV/dI曲线3、横模特性半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。
半导体激光器准直驱动电源椭圆柱透镜硕士论文
脉冲半导体激光测距发射系统的研制【关键词】半导体激光器; 准直; 驱动电源; 椭圆柱透镜;【英文关键词】semiconductor laser; collimation; driving source; elliptic section cylinder lens;【中文摘要】脉冲半导体激光测距发射系统是半导体激光测距仪的重要组成部分,主要包括脉冲半导体激光器驱动电源和发射光学准直系统。
本文通过对驱动电源电路数学模型的分析,设计了适用于中短距离测距的半导体激光发射电路系统方案,基本实现了具有重复频率高、脉冲上升沿时间短、脉冲宽度窄、峰值电流大等特点的半导体激光器驱动电路。
另外,本文结合了几何光学的分析方法,借助ZEMAX 光学设计软件,仿真出两个母线互相垂直、焦距不等、间距适当的椭圆柱透镜光学准直系统,同时对半导体激光器在快慢轴两个方向上的远场发散角进行压缩,准直后远场发散角均小于3mrad,为整个系统后续半导体激光束准直的研制奠定了基础。
【英文摘要】An emission system of pulsed semiconductor laser range finder,mostly including diode laser power supply and collimating optical system,is an important part of a laser range finder.Based on the analysis of the mathematical model of the driving source circuit,this paper designs a solution of a semiconductor laser sending system,and realizes a driving circuit which has characteristics such as high-repetition frequency,short pulse rising time,short pulse-width and high output power.Additionally,with the geometr...摘要3-4Abstract 4第一章绪论7-111.1 序言7-81.2 课题来源及意义81.3 脉冲半导体激光测距机及光源的发展8-101.4 本文主要研究内容10-11第二章半导体激光器基础11-232.1 基本原理与器件结构11-142.2 高斯光束14-162.3 空间模式16-212.3.1 半导体激光器的光束发散角18-202.3.2 半导体激光器的像散20-212.4 小结21-23第三章半导体激光器准直技术23-313.1 几何光学理论23-253.1.1 几何光学基本定律23-243.1.2 马吕斯定律24-253.1.3 费马原理253.2 光束准直技术方法25-293.2.1 单透镜准直法253.2.2 圆柱透镜准直法25-273.2.3 组合透镜法27-283.2.4 非球面柱透镜准直方法28-293.3 小结29-31第四章脉冲式半导体激光器驱动电源设计31-434.1 半导体激光器的输出特性及其驱动要求31-334.2 驱动电源电路模型33-354.2.1 模型建立与分析33-344.2.2 工作原理34-354.3 驱动电源方案设计35-404.3.1 半导体激光器选型35-364.3.2 电路系统方案设计36-404.4 驱动电源电路实验与分析40-424.5 小结42-43第五章半导体激光器光束准直系统设计43-595.1 二次曲面光束准直43-475.1.1 二次曲线方程推导44-455.1.2 入射面为椭圆面45-465.1.3 入射面为双曲面46-475.2 光束准直系统仿真设计47-575.2.1 半导体激光光束分析及仿真47-505.2.2 双椭圆柱透镜准直原理50-535.2.3 光束准直系统详细设计53-575.3 小结57-59第六章总结与展望59-616.1 总结596.2 展望59-61致谢61-63参考文献出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
光学课程设计瞄准镜
光学课程设计 瞄准镜一、课程目标知识目标：1. 让学生理解并掌握光学基础知识，特别是光的传播、反射和折射原理。
2. 使学生了解瞄准镜的光学构成，包括透镜、反射镜等，并掌握其工作原理。
3. 引导学生掌握瞄准镜在军事、射击运动中的应用及其重要性。
技能目标：1. 培养学生运用光学知识分析瞄准镜中光路的能力，提高实际问题解决技能。
2. 通过实际操作，让学生学会调整和使用瞄准镜，提升操作精确性和效率。
3. 培养学生的团队合作能力，通过小组讨论和实验，增强问题分析和解决过程中的沟通技巧。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对光学知识的兴趣，培养其探索科学奥秘的热情。
2. 培养学生严谨、细心的学习态度，使其在学习和实践中认识到精确与细节的重要性。
3. 强化学生的国家安全意识，了解科学技术在国家防务和射击运动中的重要作用。
课程性质：本课程为物理学科的光学部分，结合实际应用，以瞄准镜为载体，深入浅出地讲解光学知识。
学生特点：考虑到学生所在年级的特点，课程内容将结合中学生认知水平和兴趣点，注重理论与实践相结合。
教学要求：课程要求学生在掌握光学基础知识的基础上，通过实际操作和团队合作，提高问题分析和解决能力，培养科学精神和爱国情怀。
通过具体的学习成果分解，教师可进行针对性的教学设计和评估。
二、教学内容1. 光学基础知识：- 光的传播、反射和折射原理- 透镜、反射镜的类型及作用- 光路图绘制与分析2. 瞄准镜光学构成：- 瞄准镜的结构及工作原理- 透镜、反射镜在瞄准镜中的应用- 瞄准镜的视场、放大率和分辨率等参数介绍3. 瞄准镜的应用：- 瞄准镜在军事领域的应用- 瞄准镜在射击运动中的作用- 瞄准镜使用注意事项及维护保养4. 实践操作：- 瞄准镜的组装与拆解- 瞄准镜的调校与使用- 实际射击体验与问题分析教学大纲安排：第一课时：光学基础知识学习第二课时：瞄准镜光学构成及工作原理第三课时：瞄准镜的应用及实践操作第四课时：瞄准镜的调校、使用及问题分析教学内容与课本关联性：本教学内容与物理课本中光学章节相关，结合瞄准镜的实际应用，使学生在掌握光学知识的同时，了解其在实际中的应用。
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《半导体激光器准直物镜设计》
一、已知条件
充分掌握工程光学的理论和典型光路的基础上，利用像差理论进行简单光路的光学参数计算和设计，并利用Zemax光学设计软件进行仿真和参数优化，达到理论和实际应用相结合。
二、设计要求
灵活运用工程光学课程重所讲授的内容，进行近轴光路的计算，设定初始光学参数；熟悉Zemax光学设计软件的基本功能和用法，并进行简单光路的模拟和优化。
设计要求：采用双胶合（Doublet）结构，D/f=1/3，通光口径D：5 mm
半视场角：0°设计波长：0.656um
计算：系统焦距f，后焦距（BFL）
半导体激光器准直物镜设计（双胶合结构）参数
三、要完成的任务
1、根据设计要求完成参数的计算，并利用Zemax软件进行参数的优化，最终得到半导体激光器准直物镜的设计参数，以及相应物镜结构与光线追迹图。
2、撰写设计说明书，封皮统一，正文格式规范，用A4纸打印装订。