半导体激光器光束准直系统设计

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1、半导体激光器光束准直系统设计王璘第，施浣芳'，王忠厚I,韦明智I(1.中国科学院西安光学精密机械研究所，西安7100682中国科学院;3.西安工业学院)摘要：为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题，对高斯光束远场性能进行了分析，得出不能采用常规的倒置望远镜方法实现半导体激光器光束准直的结论.针对一种5mW半导体激光器，提出使用组合透镜的方法使其实现光束准直•运用光学设计的PW方法，使用ODP2光学设计软件•设计了两组三片式组合透镜构成的光束准直系统，经过象差检验,准直效果好.尖键词：半导体激

2、光器;光束准直;光学设计；PW方法中图号：TN248.4文献标识码：ADesigntfopticssystemforlaserdiodebeamcollimationWANGLin,2,SHIHuan-fang3fWANGZhong-hou,WEI(1•灯anInstituteofOpticsandPrecisionMechanics‘ChineseAcadcipyofScience，灯an710068,China;2.ChineseAcaden^rofScience:3・Xi'anInstit

3、uteofTechnology)Abstract:InordertosdIvcthepn)blemofbigdivergenceangleot'laserdiodebeam,thecharacteristicsofGiussbeaminfarfieldi?anal>7edanditisconcludedthatthetopicalwayofinversingtelescopeisoutofthequestion・TheideatouselensesassemblyispresentedToa)l

4、lirnatethebeamof5mWlaserdiode,anopticsystemincludingtuoginupsandthreepiecesoflensisdesingedbyPWinetliodancODP)opticdesignaoflware.Thebeamcanbecollimatedsaiisfaciorybecausetheaberrationismuchlittle・KeyWords:laserdiode;bcamcollimating;opticdesign;PWmet

5、hod半导休激光器是指以半导休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，在平行及垂克方向的全角发散角分别在&=10°〜20’和&丄=30’〜60°范围

6、•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立方法的报道，可归纳为：①单透镜法彳；②组合透镜法'；③渐变折射率透镜法4；④液体透镜法5:⑤反射法°:⑥衍

7、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-•组结构简单而且准立效果较好的光学系统，对小功率半导体激光器(R)<5mW)光束进行准立.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，最终设计岀两组三片式透镜准直系统.1高斯光束远场特性的分析和倒置望远镜方法的否足激光的物理本质是光的受激辐射放人,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

8、所示*:3收稿日期:2003205229基金资助:中国科学院西安光学稱密机械研究所所长基金(79802038)作者简介:王璘(1979-)，男(汉族)，中国科学院硕士研究生.高斯光束三个的基本性质是：①基模高斯光束在横截面内的场振幅分布按高斯函数exp-描述的规律从屮心向外平滑降落•由振幅降落到屮心值的1/e的点所定义的光斑半径为可见，光斑半径随坐标按双曲线的规律扩展，在z=0处，賦Z丿=%,达到极小值，•②基模高斯光束的相移特性由相位因子

9、斯光束在点(x,y,z)处相对于原点(0,0,0丿处的相位滞后，•③定义在基模高斯光朿强度的1/，点的远场发散角为«二Lim2^=2亠=0.6367」Zr8Z71VVqWo=L128由(3)式可以看出，对呦为有限大小的高斯光束，其远VV(z)=VV()Ji+丿2=w()图1高斯光束及其参数Fig.IGiussianbeamandtheparameters场发散角不可以为0，所以光学系统只能改善高斯光朿的方向性，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