基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究.pdf

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1、万方数据文章编号：1672—8785(2012)03—0022—05基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究聂建华王峻宁(电子测试技术重点实验室，山东青岛266555)摘要：针对目前采用单个球面镜压缩激光时存在发散角效果差或者球面镜片数过多的问题，通过ABCD矩阵法从理论上对高斯光束经过单透镜时的传输特性进行了分析，得出了单透镜无法实现半导体激光光束理想准直的结论。提出了一种基于ZEMAX的半导体光源准直镜的设计方案，并给出了设计与优化方法。结合工程中常用的808Ylm半导体激光器，设计了双片型80

2、8nm半导体激光准直镜，并在ZEMAX中使用合适的优化函数和权重对像差进行了校正。通过采用非球面镜获得了较好的准直效果，发散角达到了o．032mrad。该设计使用的镜片数较少，结构简单。关键词：半导体激光；准直镜；ZEMAX；非球面；像差中图分类号：TN248．4文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1672—8785．2012．03．005ResearchonSemiconductorCollimatorDesignBasedonZEMAXNIEJian—hua，WANGJun—ning

3、(ScienceandTechnologyonElectronicTest&MeasurementLaboratory,Qingdao266555，China)Abstract：Whenasinglesphericalmirrorisusedtocompresslaserbeams，thereusuallyisaproblemthatthepoordivergenceCaglberesultedinortoomanysphericallenseshavetobeused．ByusingaABCDmatr

4、ixmethodtoanalyzetheGaussbeampassingthroughasinglelensintheory，aconclusionthatthebeamfromasemiconductorlasercannotbecollimatedideallywithasinglelensisdrew．AdesignschemebasedonZEMAXiSproposedforthecollimationofasemiconductorlasersource．Thedesignandoptimiz

5、ationmethodisgiven．Fora808amsemiconductorlasercommonlyusedinengineering，acollimatorwithtwolensesisdesignedanditsaberrationiscorrectedbyusingtheproperoptimizationfunctionandweightinZEMAX．Byusinganon-sphericalsurface，finecollimationisimplementedatadivergen

6、ceangleof0．032mrad．Thisdesignhasthefeaturesoflesslensesandsimplestructure．Keywords：semiconductorlaser；collimator；ZEMAX；non—spherical；aberration0引言半导体激光器(LD)具有体积小、质量轻、功耗低以及可直接调制等特点，已被广泛应用于材料加工、激光显示、医疗、通信和国防等领域。激光光束的质量对于半导体激光器的总体表现至关重要。优质的准直透镜是制造高性能半导体激光器光

7、束聚焦和照明系统的关键元件收稿日期：2012-02—13基金项目；重点实验室基金项目(9140C120315100C12)作者简介：聂建华(1983一)，男，安徽人，助理工程师，主要从事光电子测试仪器的研发工作。E—mail：eiqd@ei41．comINFRARED(MONTHLY)／VOL．33，NO．3，MAR2012http：／／journal．sitp．ac．cn／hw蠢麓嚣粪誉鎏蒸鬻ii熏鬻粪誉藜霉攀鬻纂纂鬻溪蒺鬻爨麟鬻熬蘩鬻万方数据[1-3]。中心波长为808nm的半导体激光属于是对人眼安

8、全的光，在焊接、打标、切割和集成电路划片等行业中有着重要的应用。其光束在相互垂直的两个平面内具有较大的发散角，在较远处会形成像散椭圆光斑(像差的存在制约了其应用效果)。非球面曲面不具有同一的曲率，可以用来有效纠正球面像差等各种像差。采用非球面透镜作为准直镜，与以往采用球面镜相比，不但可以有效改善像差，而且还可以有效减少透镜的片数，降低对材料的要求，从而实现整体重量与体积的轻量化和小型化[到。图l高斯光束经过单透镜时的传输示意图1半导体激光经