基于ZEMAX的半导体激光器匀光设计_黄珊.pdf

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1、第38卷第4期激光技术Vol．38，No．42014年7月LASEＲTECHNOLOGYJuly，2014文章编号:1001-3806(2014)04-0522-05基于ZEMAX的半导体激光器匀光设计1212*黄珊，邓磊敏，杨焕，段军(1．华中科技大学光学与电子信息学院，武汉430074;2．华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074)摘要:为了满足半导体激光器能量均匀化的应用需求，基于ZEMAX光学设计软件设计了一套光束整形匀光系统。采用非球面镜与倒置柱面镜望远系统的透镜组合对单模半导体激光器进行准直，得到近似高斯圆光斑;在推导了基模高斯强度分布的匀光投影半径的基础上，利用Z

2、EMAX优化得到两个非球面镜组成的匀光透镜组，在一定范围内可获得能量均匀度达96%以上的圆光斑。同时，实现了一个大功率半导体激光器光纤耦合模块的能量匀化设计，满足对能量匀化要求较高的应用。结果表明，该研究为半导体激光器能量均匀化的应用提供了有效方法。关键词:光学设计;光束匀化;ZEMAX;半导体激光器中图分类号:TN248．4;TN202文献标志码:Adoi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.04.017HomogenizationdesignoflaserdiodebasedonZEMAX1212HUANGShan，DENGLeimin，YANGHua

3、n，DUANJun(1．SchoolofOpticalandElectronicInformation，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，Chi-na;2．WuhanNationalLaboratoryforOptoelectronics，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract:Inordertomeetthebeamhomogenizationapplicationrequirementsoflaserdiodes，a

4、beamhomogenizationshapingsystemwasdesignedwithZEMAXopticaldesignsoftware．AcollimationsystemcomposedofasphericlensesandinvertedcylindricallensestelescopesystemwasusedtogetacircularGaussianbeam．OnthebasisofdeducinghomogenizationprojectionradiusoffundamentalmodeGaussianbeams，thetwo-asphericlenshomo

5、genizationsystemwasoptimizedwithZEMAX．Thewholesystemcanobtainacircularspotwithenergyuniformityover96%atalargerange．Meanwhile，thebeamhomogenizationofhighpoweropticalfibercouplemodulewasrealized，whichsatisfiedtheneedsofhighuniformityinapplications．Thisresearchprovidesaneffectivewayforthehomogeniza

6、tionapplicationsoflaserdiodes．Keywords:opticaldesign;beamhomogenization;ZEMAX;laserdiode分布不均易导致材料局部温度过高而影响材料的性引言［2］能;在光催化领域研究中，紫外激光光源因其一半导体激光器(laserdiode，LD)由于具有电光系列优点受到重视，利用能量均匀分布的紫外半导转换效率高、输出功率大、体积小、寿命长、可靠性好体激光器光源能得到均匀的催化效果;在半导体激以及价格低廉等优点，被广泛应用于照明、医疗、材光治疗仪的广泛应用中，输出能量均匀的光斑可使［1］料加工等诸多领域。然而，半导体激光

7、器光束质激光照射的有效治疗面积增大，治疗效果更显著。量较差，远场光斑分布呈椭圆高斯型，且存在本征象在半导体激光器的很多应用中，都对其光束提出了散。在激光焊接、熔覆及表面热处理等应用中，能量截面圆化和能量均匀化的要求。为了满足应用需求，必须对半导体激光器输出光束进行整形匀化的［3-5］基金项目:国家自然科学基金资助项目(51175205);中处理。央高校基本科研业务费专项资金资助项目目前，高斯光束整形成能量均匀分布的平顶光(HUST2011TS0