LD快轴准直柱透镜多参数加工公差分析理论

为了实现半导体激光器快轴准直柱透镜加工公差的快速、准确制定,在快轴光束准直理论分析的基础上,采用几何光学的方法建立了多参数加工公差理论模型。该模型以各个结构参数的极限偏差值作为公差初始值,以实际的加工精度作为边界条件,并根据具体的准直设计要求进行优化,实现各个参数公差的合理、快速分配。针对常见的TO-MOUNT型号中的一款快轴发散角为36°的半导体激光器设计了快轴准直柱透镜,利用该理论模型实现快轴准直柱透镜加工公差的快速制定,引入该公差后的ZEMAX仿真结果符合准直设计要求,且仿真的出射光束发散角与理论计算结果仅有1.1%的误差。     

柱面透镜和圆锥透镜的相息图

本文基于新近提出的计算全息透镜制备原理，对柱面透镜和圆锥透铁相息图作了计算。该方法的优点是当这类全息光学元件的有关参数发生变化时能进行灵活调整，无须进行重新设计。     

全息光学元件——全息柱面透镜、全息锥面透镜及全息象散透镜

锥面透镜和象散系统在实际中的应用日益广泛。在处理综合孔径天线数据时,为了保存有关方位角的信息,需要锥面透镜。在彩虹全息和全息立体显示技术中,为了减小散斑影响和扩大景深,需要建立象散系统来记录全息图,已有的方法是在记录系统中加入柱面透镜来实现象散系统。本文通过对柱面透镜和锥面透镜相位变换因子的分析,从理论上推证了如何用全息的方法获得起柱面透镜和全息锥面透镜作用的相位变换因子,即全息柱面透镜和全息锥面透镜,从而可以用这些全息元件代替锥面透镜和柱     

基于自由曲面的产生五向准直光束的元件

为了实现光束沿多向准直出射的要求,提出了基于自由曲面的光学器件设计方法。该光学器件是四个侧面为自由曲面、上表面为准直透镜的空心梯形台。基于微分几何理论和折射定律,建立梯形台侧面轮廓曲线上的点所满足的方程,结合Matlab软件数值计算出自由曲面轮廓曲线的离散数据点,将数据点导入Solidworks中进行曲线拟合并建模,进而得到梯形台侧面的实体模型;运用CodeⅤ软件设计出上表面准直透镜。将自由曲面面型数据和准直透镜数据导入到Lighttools软件中进行了仿真模拟,结果表明,该光学器件可实现光线五向准直出射。     

原子力显微镜加工红外微透镜阵列的研究

提出了利用原子力显微镜灰阶阳极氧化方法加工Si、Ge、GaAs等晶体材料为基础的红外微透镜阵列.加工了3×3的红外硅微透镜阵列,微透镜的高度和表面直径重复性误差分别为0.2nm和6.0 nm,微透镜的平均曲率半径为510.8 nm.分析了原子力显微镜加工红外微透镜产生面型结构误差的原因,并提出了减小面型结构误差的方法.利用此种方法加工的折射、衍射和混合红外微透镜阵列可以进一步缩小红外成像系统的尺寸.     

用于LD光束准直整形的GRIN透镜的设计

本文提出了利用单个梯度折射率（GRIN）透镜同时对半导体激光器（LD）发射光束进行准直、整形和像散校正。对该GRIN透镜进行了设计,并对LD参数进行了测量。我们根据所设计的GRIN透镜的特点,采用椭圆形掩模孔,Ag-Na离子交换,来达到使GRIN透镜具有双焦距的目的。     

衍射极限非球面准直透镜

介绍了一种新的非球面透镜设计方法。通过非球面方程中二次曲面常数和非球面系数对光学系统像差的贡献来设计非球面透镜,并详细分析了非球面设计过程。设计了数值孔径NA=0.37, 纤芯Φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光器的非球面准直透镜,其焦距f=50mm。从像质评定可以看出, 非球面准直镜几乎接近衍射极限, 整个系统的波像差小于0.3λ。实验表明： 采用非球面准直系统能最大限度地利用光能率和提高光束准直性, 证明了设计方法基本正确。     

复眼棱镜非接触光刻系统的设计

基于多线光源阵列光刻系统降低一个方向的衍射效应原理,设计出了用于光刻计量光栅的复眼棱镜非接触光刻曝光系统。此系统具有简单的光学结构,即将原来的二次成象变为一次成象,也就是说,用复眼棱镜组代替了复眼柱面透镜组和准直物镜组。为了扩展系统工作范围,还设计了几组柱面倍率透镜系统,这样就可以复制光刻出任意宽的光栅线条。     

柱面透镜母线的光学测量

一、概述随着光学事业的发展,尤其是宽银幕电影技术的发展,开拓了应用柱面透镜来满足对光学仪器特定性能的要求。各种不同的变形镜头,诸如用于摄影的和用于放映的变形镜头,都大量地采用了柱面透镜。因而在光学零件的加工制造上形成了一种不同于为人们所熟知的球面透镜的加工方法,同时也就产生了一些工艺和测量上的问题。本文拟就柱面透镜母线的测量原理、方法、测量工具的制造等方面给予阐述。     

透镜补偿检验的研究与分析

为了方便透镜补偿器的设计,从三级像差理论出发,推导出了求解透镜补偿检验二次曲面的初始结构参量之间关系的数学表达式.通过分析发现这些公式不仅包括了前人提出的补偿检验二次曲面的方法,也包括了以前没有提出过的方法.这些透镜补偿器既可以检验二次曲面,又可以检验高次曲面.用所提出的方法设计了一套补偿器,结果显示,当轴上波差1/108个波长,轴外波差1/13个波长时,该补偿器完全能够应用于实际中.     

Three-fold effective brightness increase of laser diode bar emission by assessment and correction of diode array curvature

An optical arrangement is used to characterize diode bar curvature which is known to limit the effective brightness achievable with such devices. By introducing an inclined, cylindrical collimating lens in front of the diode bar, the curvature of the diode's beam can be reduced by more than 60%. The correct inclination angle for this method is derived. Using a beam shaper together with this correction mechanism we achieve a homogeneous beam profile with low M² values in orthogonal directions and an effective brightness increase of more than 200%.     

ABCD matrix model of quadric interface-lensed fiber and its application in coupling efficiency calculation

In order to simplify the theoretical coupling efficiency calculation of a laser diode (LD) to a single-mode fiber (SMF) with a quadric lens formed on the fiber tip, based on the Gaussian beam approximation, using the ABCD matrix method the relationship between the coupling efficiency and the structure parameters of quadric surface-lensed fiber is studied and analyzed in detail, and the coupling efficiency can reach as high as 99.87% with optimizing parameters of lensed fiber in theoretical simulation. Meanwhile, under paraxial approximation, the ABCD matrix for refraction of different quadric surface micro-lens can be formulated as a unified expression. This result can give some guidance suggestions for fabricating the quadric interface-lensed fiber.     

基于外腔反馈二极管线阵列的smile效应测量方法

采用外建激光谐振腔,在低于原芯片阈值的电流激励下对LDA的每个发光点进行单独测量,从而分析整个半导体激光阵列(LDA)的smile效应。实验中利用镀膜反射率大于半导体前腔面的外腔镜形成外腔半导体激光器。在外腔中插入曲面平行于p-n结的柱面镜,使只在光轴上的发光点与外腔镜形成外腔激光器,降低该发光点的激光阈值,从而使其在正常的阈值以下的电流激励下输出激光,在平行于p-n结的方向移动柱面镜,可以逐个对半导体激光器中的发光点进行选择测量,从而获得LDA smile效应的测量值。测量中的低电流激励产生的热量对芯片寿命没有影响,对LDA的发光点的单个测量也避免了其他发光点对CCD的影响。     

体布拉格光栅外腔半导体激光器光谱特性研究

用体布拉格光栅(VBG)作为反馈元件与瓦级半导体激光器(LD)以及快轴准直柱透镜构成一个可以将半导体激光器的工作波长稳定在体布拉格光栅布拉格波长处的外腔激光器。测量了体布拉格光栅外腔激光器的波长稳定性与其工作电流、热汇温度、激光束准直装置等因素的关系。分析了波长稳定效果与半导体激光器增益谱特性、外腔结构参量等因素的关系。研究表明,在相同的工作电流、热汇温度下,当准直柱透镜直径为0.4 mm时的波长稳定效果较好;在此情况下,当热汇温度控制在30℃,工作电流从0.5 A增加到1.5 A的测量范围内,以及当工作电流固定在1.5 A,热汇温度从20℃增加到35℃时,测得的光谱特性表明,半导体激光器的工作波长可以很好地稳定在体布拉格光栅的布拉格波长处。与该激光器在同样条件下自由运转的光谱比较,可以看到,自由运转激射波长与体布拉格光栅的布拉格波长差值小于2.6 nm情况下,可以获得很好的波长稳定效果。实验也表明,当该值大于4.8 nm时波长稳定效果变差。     

The development of a portable line-shaping optical system for silicon surface treatment

This study proposes a beam shaper for converting a circle beam profile generated with a Gaussian intensity distribution by an 808 nm diode laser into a line beam profile for silicon surface treatment applications. To produce a hand-held and low-cost device with a large spot-size laser, this study uses a portable optical system consisting of a diode laser source, a collimator, a cylindrical lens, and a plano-convex lens to generate an approximately 40 × 3:5mm² line beam profile at a working distance of 200 mm. The silicon surface treated by the line-shaped laser beam has significantly reduced reflectance spectra. The proposed system is also suitable for the surface cleaning of materials.     

Design of a laser pointer

A laser pointer has been designed using a red diode laser (670 nm). The optics of the pointer consists of a four element collimating lens, two prism compressor and a two lens reversed Galilean afocal. The beam diameter of the laser pointer is 4.2 mm.     

线激光束均匀化整形方法研究

为解决核物理工程、表面热处理、激光加工、激光通信中传输激光束的均匀性问题,提出采用三角楔柱透镜改善线激光均匀性的新方法,并在ZEMAX开发环境下建立了整形光路系统的理论模型。利用所建立的模型,分析了整形柱透镜在不同半径、斜面夹角、透镜介质折射率等参数下光束的均匀性。研究表明：在远场条件下,通过改变整形柱透镜的参数,能够得到能量分布均匀的线激光。在实际应用中,可以采用1个半圆柱和2个相同三角楔胶合成型的简单工艺。进一步模拟发现,两种整形系统所得到的均匀度和线宽一致。     

高功率叠阵二极管激光器光束整形

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况,利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性,得出了快轴准直输出发散角约5°时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点,设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统,该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成,把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上,并且在慢轴耦合透镜的成像面附近,得到了7mm×8mm的泵浦光斑,光强不均匀性约10%,输出效率达到85%。     

半导体激光器堆栈填充因子对慢轴光束准直的影响

为实现基于微透镜阵列的高功率半导体激光器堆栈光束整形,对带有快轴准直透镜的高功率半导体激光器堆栈慢轴光束准直技术进行研究。在慢轴光束准直理论分析基础上,着重研究了慢轴填充因子对其光束准直的影响,并对不同填充因子的半导体激光器慢轴光束准直方案进行了分析。针对实际使用的填充因子0.5的高功率半导体激光器堆栈采用以Bar条为单元进行整体准直设计,并采用基于空间扫描法的发散角测试装置对慢轴准直后剩余发散角进行测试,实现准直后剩余发散角半角2.12°,实验表明该准直方法的有效性。