半导体激光器光束准直系统设计
半导体激光器光束准直技术研究
半导体激光器光束准直技术研究摘要：相较于其他激光器，半导体具有结构简单、功耗低、操作方便等优点，且目前已广泛应用于激光领域，例如：激光通信、激光测距等。
基于半导体激光器的基本结构，在垂直于结平面方向上，它发出的光束的发射角大小大约为30o；而在平行于结平面方向上，它的发射角大约为10o。
正是由于两者的发射角相差太大，所以半导体激光器在应用过程中，利用特殊的光学系统对其输出光束进行准直是非常有必要的。
本文开篇部分主要介绍了半导体激光器的发展现状和准直意义，中间部分主要讲述了半导体激光器的基本原理与结构分类，最后大概介绍了一些半导体激光器光束准直方法。
关键词：半导体激光束；准直；整形一、半导体激光器的发展现状和准直意义半导体激光器从二十世纪六十年代开始发展，较其他激光器落后几年，如今半导体激光器的技术已相当成熟。
二十世纪七十年代开始，人们重点研究了半导体激光器的动态特性，使其主要朝着两个方面发展，其一是功率型激光器，主要以提高光功率为主；其二是信息型激光器，主要以传递信息为主。
近年来，人们也研发出了高功率半导体激光器，其指的是脉冲输出功率在5W以上，且连续输出功率在100mW以上。
二十世纪九十年代，在泵浦固体激光器的作用下，高功率半导体激光器的研发取得了实质性进展，主要指半导体激光器的连续输出功率可以达到5W~30W左右，得到了很大的提高。
现在，高功率半导体激光器在国内外的发展已相当白热化，其中国外商品化的大功率半导体激光二极管阵列已达到千瓦级别，而国内的样品器件要稍微落后一点，但也已达到了600W。
现如今，半导体激光器已广泛应用于各行各业，但是在应用过程中，出现了一些问题，主要是由于半导体激光器的波导结构造成的。
这些问题主要表现在三个方面：其一，半导体激光束在快轴方向和慢轴方向的发射角之间相差太大，其中在慢轴方向的发射角大概在10o左右，而在快轴方向上的发射角甚至可以达到60o左右；其二，半导体激光器具有固有像散，即半导体激光器在慢轴和快轴两个方向上的束腰不在同一地方；其三，半导体激光器的远场的光斑为椭圆形的。
基于980nm半导体激光器光束准直系统的设计
毕业设计说明书基于980nm半导体激光器光束准直系统的设计学生姓名：学号：学院：专业：指导教师：2012年 6 月基于980nm半导体激光器光束准直系统的设计摘要：半导体激光器具有体积小、重量轻、功耗低和可直接调制等优点，在激光雷达、激光通信、固体激光器的抽运、激光泵浦、激光扫描、激光测距、激光指挥笔等方面得到了非常广泛的应用。
由于半导体激光器的结构特点，使得它发出的光束在垂直于结平面方向上远场发散角和平行于结平面方向的远场发散角相差较大。
所以在几乎所有要求较高的应用领域中，其输出光束都必须通过特殊的光学系统进行准直。
柱透镜因其结构简单、材料便宜以及加工容易而在半导体激光束准直领域获得较多的应用，但普通的柱透镜其准直能力非常有限，为了提高柱透镜的光束准直能力，就有必要设计出更加合理和可行的结构。
在本文中，基于柱透镜对半导体激光器光束准直的理论分析，设计了相互正交的柱透镜组作为设计模型，对980nm半导体激光器进行光束准直，并且利用ZEMAX软件对设计系统各部分准直效果进行模拟。
关键字：半导体激光器，光束准直，柱透镜，高斯光束Based on the 980nm semiconductor laser beamcollimation system designAbstract：Owing to its compactness，lightness,and low cost,semiconductor laser play an important role as coherent source in various fields of technology such as military,industry and medicine use and so on.However,the output beam quality of semiconductor laser is poor．Because of the waveguide properties of their active areas,semiconductor lasers generate large divergence-angle beams with alliptically shaped intensity profile.And the beam of semiconductor laser has astigmatism.So,the output beam must be collimated by optical systems in most practical work.Because of simple structure and easy fabricating，the cylindrical lenses have been used in many practical applications for beam collimating of semiconductor lasers.In this paper, Based on the cylindrical lens for semiconductor laser beam collimation theory analysis, Design of orthogonal cylindrical lens group as a design model, The 980nm semiconductor laser beam collimation,and using the ZEMAX software to the design of each part of the system of collimating and shaping effects simulation.Key words：Semiconductor Laser,Beam collimation,Cylindrical lens,Gaussian beam目录1 绪论 (1)1.1 选题目的及意义 (1)1.2 980nm半导体激光器的发展及其应用 (1)1.2.1 半导体激光器发展史 (1)1.2.2 980nm半导体激光器的研究状况 (3)1.2.3 980nm半导体激光器的主要应用 (4)1.3 准直技术的意义与研究 (5)1.3.1 半导体激光器光束准直的意义 (5)1.3.2 准直技术的研究现状和发展方向 (6)1.4 本论文主要工作 (7)1.5 本章小结 (8)2 半导体激光器 (9)2.1 半导体激光器的基本原理 (9)2.1.1 受激辐射 (9)2.1.2 实现条件 (9)2.2 半导体激光器的器件结构 (10)2.2.1 异质结半导体激光器 (10)2.2.2 量子阱半导体激光器 (11)2.2.3 表面发射激光器 (13)2.3 半导体激光器的优缺点 (13)2.4 本章小结 (14)3 半导体激光器的光束准直理论 (15)3.1 半导体激光器的光束特性 (15)3.2 高斯光束的基本理论 (15)3.3 激光束准直系统介绍 (16)3.3.1 圆柱透镜系统 (16)3.3.2 非球面柱透镜准直系统 (17)3.3.3 光纤耦合系统 (18)3.3.4 棱镜组折反射光束整形 (20)3.3.5 异型棱镜光束整形 (21)3.4 本章小结 (22)4 半导体激光器准直系统设计 (23)4.1 准直系统设计方案 (23)4.2 准直设计优化仿真 (27)4.2.1 光学设计软件 (27)4.2.2 ZEMAX软件仿真 (27)4.3 本章小结 (30)5 全文总结 (31)5.1 主要工作及结论 (31)5.2 工作展望 (31)参考文献 (32)致谢 (34)1 绪论自从1962年第一台半导体激光器发明以来，经历40多年的发展，半导体激光器以自身的优势，极大地推动了科学技术的进步，是二十世纪人类最伟大的发明之一。
大功率半导体激光器阵列光束准直技术研究的开题报告
大功率半导体激光器阵列光束准直技术研究的开题报告一、研究背景和意义随着现代科技的不断发展，半导体激光器在生物医疗、材料加工、通信等领域得到了广泛应用。
与传统的氦氖激光器相比，半导体激光器具有体积小、功率密度高、效率高等优点。
但是，半导体激光器的横向模式耦合效应严重，其光束存在较大的散角，从而限制了其在实际应用中的使用。
因此，如何准确地控制激光器的光束，是当前半导体激光器技术下一步研究的重点之一。
本文将围绕如何实现大功率半导体激光器阵列光束准直展开研究。
通过对光束准直技术的研究，可以有效地提高半导体激光器的输出功率和光束质量，从而拓宽其应用领域和市场。
二、研究内容和方法本文将分为以下几个方面进行研究：1. 大功率半导体激光器的横向模式耦合效应分析。
首先，对半导体激光器的基本结构和工作原理进行简要介绍，然后对其横向模式耦合效应进行分析。
2. 光束扩束的原理及技术。
详细介绍光束扩束的原理和常用技术，包括衍射光学、折射光学、共轭光学和放大光学等。
3. 光束准直的实现方法。
在分析了光束扩束技术后，本文将介绍针对大功率半导体激光器阵列光束准直的实现方法。
主要包括基于光学元件和基于光学系统的方法。
4. 数值模拟与实验验证。
采用有限元分析法对光束准直技术进行数值模拟，并进行相应的实验验证。
通过比较数值模拟结果和实验结果，确保光束准直技术的可靠性和实用性。
三、预期成果和意义通过对大功率半导体激光器阵列光束准直技术的深入研究，可以提高半导体激光器的输出功率和光束质量，拓宽其应用领域和市场。
同时，该研究也将对光学仪器的设计和制造提供参考和借鉴。
预期成果包括理论分析和实验验证两个方面。
理论分析将揭示大功率半导体激光器阵列光束准直的技术原理和关键因素，为其实验验证提供理论支持。
实验验证将验证光束准直技术的可行性和有效性，验证结果将反馈到理论分析中，以修正和完善相关理论。
基于zcmax的半导体激光准直和整形设计
基于zcmax的半导体激光准直和整形设计摘要半导体激光技术作为一种新兴的光学技术，在现代光电领域有着广泛的应用。
其中，半导体激光的准直和整形技术在现代制造业中有着重要的作用。
本文将介绍基于zcmax的半导体激光准直和整形设计的原理、方法和实现过程，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
引言近年来，半导体激光技术逐渐得到了广泛的应用。
其中，半导体激光准直和整形技术在检测、制造、医学和通信等领域中都有重要的应用。
半导体激光的准直和整形技术可以产生高纵向和横向质量的光束，使得光束更加聚焦和定位。
本文将介绍基于zcmax的半导体激光准直和整形设计的原理、方法和实现过程。
半导体激光的准直和整形技术半导体激光的准直和整形技术是为了使光束的质量达到更高的水平，使其更加符合实际的应用场景而产生的技术。
其中，准直和整形是两个相关的概念，它们可以分别被认为是光束纵向质量和横向质量的调整。
半导体激光的准直技术半导体激光的准直技术是为了使光束的纵向质量更好而产生的技术。
准直主要包括长腔和短腔两种。
长腔准直可以通过实现自相关和外相关来实现。
自相关是指在反射式或折射式镜子的集中位置改变镜子的位置以实现的过程，而外相关则是指通过调整共振腔长度来实现的过程。
短腔准直可以通过施加电流而实现，这种方式可以产生更好的横向和纵向模式。
半导体激光的整形技术半导体激光的整形技术是为了使光束的横向质量更好而产生的技术。
整形技术主要包括相位控制、空间滤波和阵列整形。
其中，相位控制可以通过电区调制器来实现；空间滤波可以通过使用球面透镜和非线性水晶来实现；阵列整形可以通过阵列型耦合器和固化紫色迈来实现。
基于zcmax的半导体激光准直和整形设计zcmax是一个用于实现基于半导体激光的准直和整形技术的自动化设计工具。
它可以实现自动设计高纵向和横向质量的光束。
zcmax包含了两个主要的设计部分：准直和整形。
其中，准直部分实现了长腔和短腔两种准直方式，整形部分实现了相位控制、空间滤波和阵列整形。
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 ，
半导体激光束准直系统的研究
第20卷 第1期1999年应 用 光 学V ol.20,No.11999半导体激光束准直系统的研究X王秀琳 黄文财 郭福源(福建师范大学激光研究所,福州,350007)【摘要】 根据二维高斯光束的传输与变换特性,从波像差理论出发,合理设计半导体激光束的准直物镜,并利用几何光学方法推导出正确的校正像散及旋转对称化变换的计算公式。
关键词 半导体激光束 准直 校正像散 旋转对称化引言随着半导体激光器技术的不断发展,半导体激光器已逐步取代He-Ne激光器,广泛应用于各个领域。
但由于半导体激光器输出光束为像散椭圆高斯光束,必须经过校正像散后获得共腰椭圆高斯光束才可应用。
在科研、准直等应用领域中,要求光束为圆光斑高斯光束,才能取代He-Ne激光器。
因此,必须对校正像散后的光束进行旋转对称化。
本文通过详细分析半导体激光束束内功率的分布特性,确定准直物镜的数值孔径,合理设计准直物镜的光学结构及参数,利用几何光学方法正确推导出实现像散校正的柱面透镜的焦距计算公式,并从理论上分析了柱面透镜位于准直物镜之前和之后两种校正像散方案的优缺点。
最后采用结构简单的棱镜实现椭圆光斑旋转对称化。
1 半导体激光束准直系统1.1 半导体激光束经圆形光孔的耦合效率半导体激光器输出的光束为像散椭圆高斯光束,如图1所示。
弧矢平面的曲线被旋转90°后绘制于子午平面上,其光强分布为I=I0ex p-2x2X2s+y2X2t(1)式中,I0为光阑面上光束中心点强度;X s、X t 分别为弧矢和子午方向上光束半径。
图1 半导体激光束特性示意图由(1)式可知,半导体激光束半强度处的全宽度角H1/2与远场发散角H0=K/P X0的关系如下:H0=H1/2/2ln2(2) 在高斯光束传播过程,远场区X=Z・H0,则子午和弧矢方向上光束半径之比X t/X s 可由子午和弧矢方向上半强度处全宽度角之1X福建省自然科学基金资助项目比H 1/2,t /H 1/2,s =m 来描述:X t /X s =m(3) 一般光学仪器的通光孔呈圆形,在极坐标系下,x =r cos H ,y =r sin H ,(1)式简化为I =I 0ex p[-2k 2(m cos 2H +1msin 2H )](4)式中,r 0为等效光束半径;r 0=X s X t ;k 为通光孔半径与等效光束半径之比,k =r /r 0。
半导体激光引信光束准直技术研究
２半导体激光 引信准 直原理
２． 半导体 激 光 引信工 作原 理 １ 半 导 体激 光 引 信 是 利 用 激 光 束 探 测 目
标 的 引 信 导 体 激 光 引信 由激 光 发射 机 、 半 激 光 接 收 机 、 号 处 理 电路 、 行 电路 和 电 信 执 源 等 组成 。 导 体 激光 引信 发 射 机的 辐 射源 半 通 常采 用 半导 体 砷化 稼 激 光 器 。 用 不 同波 利
Ｑ：
Ｓ Ｃｉ ｅｎｃ ｅ ａｎ Ｔ ｅｃｈｎ ＯｇＹ Ｉ ｄ ｏＩ Ｉ ｎＯｖ ｉ Ｈｅｒ ｄ ｑ ａｔ ｏｎ ａｌ
研 究 报 告
半 导体 激 光 引信 光 束 准 直 技 术研 究 ①
胡 弱’ 辛德胜 杨 帆。 （ ， ． 春理工 大学 光电工程 学院 吉林长春 ； ２ 长春理 工大学 吉林长 春 ） １ ３长 ． 摘 要 ： 中介 绍 了半导体激 光 引信 的工作 原理及 其光学 系统 的工作原理 ， 文 并通过对 半导体激光 引信的光束特性 进行分析 ， 设计 出使 用柱 透镜的方 法对半导体激 光 引信光束进行 准直 。 通过使 ｍＺ ＭＡＸ软件进行 仿真模拟验证 ， 到结果满足设 计要求 。 Ｅ 得 关键 词 ： 半导体 激光 器 激 光 引信 准直 系统 ｚｍ ｘ ｅ ａ 中图分 类号 ： Ｍ６ Ｔ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：６ ４ ０ ８ （ ０ ０ （） ０ ２－０ １ ７ — ９Ｘ ２ １ ）８ａ一 ０ ５ ２ ２
形 的 电流 信号 注 人激 光 器 的泵 浦 电源 ， 使激 光 器 发 射 的 激 光 束 受 注 人 的 相应 波形 信 号 的 调 制 。 人 激 光 器 泵 浦 电源 的波 形 信 号 ， 注 通 常 是 有 一 定 重 复频 率 的 脉 冲 ， 编 码 脉 或 冲 ， 一 定 频率 的连 续 波 。 就 是 说激 光 引 或 这 信 的 工 作 体 制 由 注 人 激 光 器 的泵 浦 电源 的 波形 信 号 决定 。 目前 激 光 引信 最 常用 的 工作 体 制 是具 有一 定 重复 频 率 的 脉 冲 体 制 。 当 目标 位于 激光 引信 接收 机光 学 系统的
半导体激光器在准直光学系统中的调整装置
!"#$%
半导体激光器在准直光学系统中的调整装置
刘广利 ! 王文生 " 长春理工大学 ! 吉林 长春 !"##$$# 摘 要 $介绍了一种利用半导体激光器在准直光学系统中的调整装置 !解决了光电检测仪器中发光器件 % 光电探 测器件定位问题 & 关键词 $ 调整装置 ’ 发光器件 ’光电探测器件 中图分类号 $!%&#"’( 文献标识码 $) 文章编号 $"##$%$&&&"$##$ ("$%##*#%#$
/
引 言 半导体激光器以其体积小 % 重量轻 % 不需冷却等特
准确定位在准直物镜的焦平面上 ) 沿光轴方向移动 (! 还要求半导体激光器能够在准直物镜的焦平面上平 移 ! 以便实现多光轴的平行 & 因此我们认为 ! 无论是螺 纹与端面定位 "图 !- (% 圆柱面与端面定位 " 图 !D(% 还是 多螺纹孔定位 " 图 !0 和 =(! 即 使 是 不 考 虑 激 光 器 发 光 结 的 原 始 装 配 误 差 " 误 差 一 般 在 !##E "##!B (! 也 不 能 满足仪器设计的实际需求 & 这就需要设计一套有效的 调整装置来解决问题 &
! "#$ %&’( )* +,&’(&’- ./##0 12&’(0# $&3/ 145##6# 7&08 9:82#,;
<= >&:’?@&:)A BC!"+ D:)A +E"+ <:?()’-A .!"+ .:’?;/:’
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
D1 = 4. 252 mm D2 = 4. 962 mm f′= 11. 67 mm
光组 L1 采用单透镜 ,玻璃材料采用 K12 ,其折射率 nc = 1. 530 67 (因为激光单色性好 ,所以只考虑一种色 光) . 由于单透镜结构较为简单 ,这里采用一组经验公式进行设计 ,并由初级象差理论可得[9] :
倒置望远镜对高斯光束的准直倍率为
M′ = θθ00′=
f2 f1
w ( l) w0
(5)
式中 : θ0 为入射光的发射角 ;θ0′为出射光的发射角.
倒置望远镜系统作为一种传统的激光准直系统 ,
应用于准直气体激光器 (如 He-Ne 激光器) 光束确实是
有效的 ,但对于半导体激光器则不能采用. 因为半导体
w ( z) = w0
1
+ ( z )2 f
=
w0
1 + (πλwz20) 2
(1)
可见 ,光斑半径随坐标按双曲线的规律扩展 ,在 z = 0
处 , w ( z) = w0 ,达到极小值 ; ② 基模高斯光束的相移
特性由相位因子
<00 ( x , y , z)
=
k(z
+
r2 2R
)
-
ห้องสมุดไป่ตู้
arctan
z f
SⅡ = 0
(9)
即
∑S Ⅰ = h4 <3 P ∞ = 0
(10)
∑S Ⅱ = J h2 <2 W ∞ = 0
(11)
由此可得基本象差参量 P ∞ = 0 , W ∞ = 0.
(3) 计算 P ∞的极小值 P0
因为 P0 = P ∞ - P ( W ∞ - W0) 2
(3)
Fig. 1 Gaussian beam and the parameters
由 (3) 式可以看出 ,对 w0 为有限大小的高斯光束 ,其远
场发散角不可以为 0 ,所以光学系统只能改善高斯光束的方向性 ,而不能完全消除其远场发散角.
通常压缩高斯光束发散角的方法是利用倒置望远镜系统[8] ,如图 2 所示 :
Design of optics system for laser diode beam collimation
WANG Lin1 ,2 , SHI Huan-f ang3 , WANG Zhong- hou1 , W EI Ming-zhi1
(1. Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics ,Chinese Academy of Science ,Xi’an 710068 ,China ; 2. Chinese Academy of Science ;3. Xi’an Institute of Technology)
1 42 西 安 工 业 学 院 学 报 第 24 卷
2 光束准直系统设计
以一种常用的双异质结半导体激光器(型号为 GJ7830Y) 其各项参数如下 :光源尺寸为 0. 42 ×0. 42 mm2 ,发散 角θ″为 10°,θ⊥为 24°,输出功率 P0 为 5 mW ,峰值波长λp 为 0. 78μm. 因为系统选用小功率半导体激光器 ,其出 射光束可近似按几何光束处理. 设计组合透镜的光路图如图 3 所示.
1 高斯光束远场特性的分析和倒置望远镜方法的否定
激光的物理本质是光的受激辐射放大 ,不论激光器的稳定腔采用什么结构 ,沿 z 轴方向传播的都是高 斯光束. 高斯光束及其参数如图 1 所示[8] :
Ξ 收稿日期 :2003205229 基金资助 :中国科学院西安光学精密机械研究所所长基金 (79802038) 作者简介 :王 (1979 - ) ,男 (汉族) ,中国科学院硕士研究生.
(2)
所决定. 它描述高斯光束在点 ( x , y , z) 处相对于原点
(0 ,0 ,0) 处的相位滞后 ; ③定义在基模高斯光束强度的
1/ e2 点的远场发散角为
θ0
=
Lim
z →∞
2w( z
z)
λ
λ
= 2πw0 = 0. 636 7 w0
λ
λ
= 2 πf = 1. 128 f
图 1 高斯光束及其参数
= 2. 427 712 , K = 1. 713 856 , Q0 = 5. 686 529 , P0 = - 0. 539 689 , W0 = - 0. 234 581. (5) 确定形状系数 Q
Q = Q0 ± ( P ∞ - P0) / A = 5. 804 871 5 或 5. 568 186 5
C1
=
2
(n n
+ 1) +2
V
+
2
(
( n
2 n + 1) + 2) ( n
n -
1)
<
(6)
C2
=
2
(n n
+ 1) +2
V
+
2
( (
2 n
n+
1) 2) (
n n
-
4 1)
<
(7)
式中 : C1 为第一面曲率半径
r1
的倒数
;
C2
为第二面曲率半径
r2
的倒数 ;
V
取
1 l
,<=
f1′,把各量代入 (6)
激光器是所有激光器中光束散角最大的一种 ,在实际
应用中对准直度要求又很高 ,经常要求准直后的发散
角是准直前的百分之几甚至千分之几 ,所以会使准直 倍率 M′取值很大 ,将直接导致光学系统的某些结构参
数过大 (如 L2 的口径和焦距) ,甚至不切实际 ,因此 ,半 导体激光器光束准直系统不能采用传统的倒置望远镜
图 2 中 L1 为一短焦距透镜 ,其焦距为 f 1 ,当满足条
件
f1 ν l
时 ,它将物高斯光束聚焦于后焦面上 ,得一极小光斑
w′0
=
λf 1 πw ( l)
(4)
式中 : w ( l) 为入射在 L1 表面上的光斑半径. 由于 w′0 恰好落在长焦距透镜 L2 的前焦面上 , 所以腰斑为 w′0 的高斯光束将被 L2 很好地准直.
半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一类激光器 ,通常具有积小 、重量轻 、使用方便等特点 , 在光通讯 、光存储 、激光加工等领域有广泛的应用前景. 由于半导体激光器采用非对称激活通道 ,由端面发 射的激光束具有较大的发散角 ,在平行及垂直方向的全角发散角分别在θ″= 10°～20°和 θ⊥ = 30°～60°范 围[1] . 因此在半导体激光器的实际应用中 ,光束准直几乎是不可缺少的步骤. 综合国内外对半导体激光器 光束准直方法的报道 ,可归纳为 : ①单透镜法[2] ; ②组合透镜法[3] ; ③渐变折射率透镜法[4] ; ④ 液体透镜 法[5] ; ⑤反射法[6] ; ⑥衍射法[7]等. 本文研究的目的是兼顾结构复杂程度和准直能力 ,设计一组结构简单 而且准直效果较好的光学系统 ,对小功率半导体激光器 ( P0 ≤5 mW) 光束进行准直. 上述方法中第 1 种方 法准直效果差 ,第 3～7 种方法结构过于复杂 ,只有组合透镜法既可以保证一定精度的准直效果 ,同时避免 过于复杂的结构. 所以本文采用组合透镜法 ,最终设计出两组三片式透镜准直系统.
将激光器出射面放置在距离光组 L1 为 10 mm 的位置 ,则 l1 = - 10 mm ,令 L1 、L2 的焦距 f′1 、f′2 及间距 分别为 15 mm、35 mm、5 mm ,由半导体激光器 GJ7830Y的光束参数和三角关系可得光组 L1 的通光口径 D1 、 光组 L2 的通光口径 D2 、系统焦距 f′分别为
系统.
图 2 用于准直激光束的倒置望远镜系统 Fig. 2 Inversing telescope for collimating laser beam
图 3 用于准直激光束的组合光学系统 Fig. 3 Modular optical lens for collimating laser beam
式、
(7) 式 ,可得
C1 = - 0. 071 098 7 (mm- 1) r1 = - 14. 065 mm
C2 = - 0. 158 382 6 (mm- 1)
r2 = - 6. 314 mm
对于 L2 ,考虑到校正象差的需要 ,此光组采用双胶合透镜. 利用 PW 法[10] (解析法) 设计其步骤如下 :