衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

衍射微透镜阵列用于面阵半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对面阵半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了非成像型微透镜阵列光束匀化系统,并对其进行了实验验证。当衍射微透镜的口径为0.125mm,相对孔径为0.1,相位台阶数为8时,测得焦斑在快轴方向的不均匀性为12.34%,能量利用率为96.6%;慢轴方向的不均匀性为5.42%,能量利用率为95.74%。实验结果与理论模拟的结果吻合,验证了衍射微透镜阵列光束匀化系统模型的可行性。     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

高光束质量大功率半导体激光阵列的微通道热沉

针对现有高光束质量大功率半导体激光阵列内部发光单元条宽、填充因子不断减小,腔长不断增加的发展趋势所带来的热源分布及长度变化影响器件热阻的问题,利用分离热源边界条件结合商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行数值计算,获得微通道热沉热阻随阵列器件发光单元条宽、空间位置变化关系以及不同阵列腔长对应的微通道优化长度.根据优化参数制备获得尢氧铜微通道热沉,并对宽1 cm,腔长1 mm,条宽100μm,填充因子为25%的半导体激光阵列进行散热能力测试,冷却器外形尺寸27 mm×11 mm×1.5 mm.微通道热沉热阻0.34 K/W,能够满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求.     

用准分子激光CVD制作SnO2微透镜及其阵列的技术研究

本文利用准分子激光CVD技术以液态SnCl4和氧气为源制出了半径45μm的SnO2薄膜微透镜及微透镜阵列。并从反应机制和生长规律出发对这一生长技术特点和前景进行了阐述。     

基于双焦距微透镜的半导体激光束准直的研究

针对半导体激光器光束的准直,从分析光束本征像散的角度出发,给出利用单个双焦距微透镜准直LD光束的方法;理论分析和ZEMAX模拟表明在快慢轴两个方向均为双曲面轮廓的双圆锥曲面透镜能实现对光束快慢轴的同时准直;利用光刻胶热熔融法制作了具有双焦距的椭圆形微透镜,并进行了半导体激光器光束的准直实验,测量光束准直前后的发散角,结果表明双焦距微透镜可以实现准直。     

利用半导体工艺制造的策透镜阵列及其应用

近来,由于高科技的发展,出现了一种新颖的微透镜阵列。它与传统的光学透镜原理相同,但制造方法不同,是用半导体制造工艺中使用的光刻、离子交换等方法制造而成的微小透镜阵列,这种透镜阵列应用很广,是信息时代极重要的光信息处理关键器件之一。自1991年以来,有关微透镜阵列,召开了多次国际会议,并进行了国际标准化工作。笔者从事光学方面的研究工作已有多年,对国外同行业的发展也极为关注,     

硅微透镜阵列

采用融熔法制备球冠形的光致抗蚀剂掩膜，用离子束刻蚀实现球冠形向硅片上转和多，有效地在较低衬底温度下（低于２００℃）制备出了硅微透镜阵列，通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和表面探针实验证实了微透镜为球冠形。     

微透镜阵列

工程师们要使光学仪器缩小体积,在他们的设计中越来越对最小的物件感兴趣,当需要透镜时将面临许多选择.最近,人们喜欢用一种被称为微透镜阵列的微小透镜的集合,它适于完成诸如精细调谐激光束和提高成像质量等各种任务.     

基于柱面微透镜阵列的激光匀化系统设计及实验研究

为了获得平顶分布的长度连续可调的线光斑,设计了一种基于柱面微透镜阵列的光束整形系统,该系统采用两个相同的柱面微透镜阵列串联在一起,通过傅里叶透镜的聚焦作用在像平面上形成均匀的线光斑。基于矩阵光学理论,建立了成像光线矩阵,分析了影响光斑长度相关因素;基于傅里叶光学,进一步建立了光场数学模型,通过数值分析方法,模拟了光强分布特性。搭建了实验系统,获得了平顶分布的均匀线光斑,光斑长度在2~34 mm范围内连续可调,这种长度连续可调的线光斑在激光应用领域具有重要的应用价值,可以更好地满足实际生产需求。     

Design of integrated microlens for collimation of the vertical-cavity surface emitting laser array

A method based on the theory of transfer matrix to design the integrated microlens for the collimation of vertical-cavity surface emitting laser (VCSEL) array is presented. The integrated microlenses fabricated on the substrate directly and on a certain polymer material which is on the substrate are considered. The relationships between the radius of curvature, beam waist and the divergence angle after collimation are obtained with the help of ZEMAX. The results show that the devices with the divergence angle of 15° (1/e ²) and beam waist of 2 μm can be improved to those with the divergence angle lower than 1°, and the devices with beam waist of 10 μm can be improved to those with the divergence angle lower than 3°, which is a good reference for manufacturing high-power devices with small divergence angle. The conclusions including increasing the thicknesses of both the substrate and polymer material and reducing the diameter of oxidized layer are drawn, which will be an important guidance for experiment research.     

微透镜阵列在DPL中的应用分析

详细讨论了微透镜阵列的设计和制作方法，并对其作为准直器件在DPL中的应用进行了分析。     

微透镜阵列显示技术研究

通过对微透镜阵列结构进行深入研究,揭示了微透镜阵列对微图形的放大原理。并在此基础上,找到了微透镜阵列结构参数、微图形结构参数与微图形阵列移动速度、移动方向以及放大倍率之间的关系,利用微透镜阵列实现了对微图形放大、动态、立体的显示。     

微透镜阵列光学实现卷积运算

卷积作为一种简单的线性平移不变运算,被广泛应用于图像处理的各个领域,其衍生出的卷积神经网络更是在人工智能领域中大放异彩。为了应对后摩尔时代AI推理芯片算力受限的问题,光学神经网络应运而生。光学卷积神经网络作为其中一个重要的研究热点对光学神经网络的发展起到了重要的推动作用。设计了一种光学卷积系统,基于微透镜阵列与透镜组成的匀光光路对光场所携带的图像做二维卷积,该系统可以光学实现图像平滑和锐化。当使用空间光调制器来投影卷积核和输入图像时,系统可以实现各种步长的三种卷积形式,也可以通过多次投影/平铺实现多通道的三维卷积,进而为实现光学卷积神经网络用于复杂的图像处理任务奠定基础。     

基于微透镜阵列光束均匀化的傅里叶分析

为了提高高功率固体激光器泵浦光束的均匀性,分析了成像型和衍射型微透镜阵列匀化光束的基本原理,基于菲涅尔衍射和傅里叶变换公式,推导出了微透镜阵列焦平面上光强分布的解析表达式,比较了两种光束微透镜阵列对光束匀化的效果。同时,研究了成像型微透镜阵列子透镜的相对孔径及微透镜阵列间距对光强分布的影响。结果表明,成像型微透镜阵列具有更好地匀化效果,且子透镜孔径是影响光束均匀性最主要的因素。     

硅基非球面柱面微透镜阵列制备方法

非球面柱面微透镜是一种重要的微光学元件,具有激光准直、聚焦、匀化等功能,在激光通信、光纤传感、激光雷达测距、激光泵浦等系统中具有广泛的应用。为了减小光电系统的体积、提升光纤性能,增大透镜数值孔径是一种常用的解决方案。提出采用折射率更大的硅作为低折射率石英基底的替代材料,使得微透镜在相同体积下数值孔径大幅提升,同时可以降低加工量从而提升制备效率。针对传统石英微透镜的制备方法不再适用硅基微透镜的问题,提出基于掩模移动曝光方法制备光刻胶非球面图案,使用多次涂胶和循环曝光方法,分别解决厚胶涂覆均匀性差及曝光掩模痕迹明显等问题,最终利用等离子体刻蚀技术进行图案转移传递,从而实现微透镜的制备。以数值孔径2.9的硅基非球面柱面透镜阵列为例开展实际制备工艺实验,所制备的微透镜列阵面型精度PV为0.766 μm,表面粗糙度Ra为3.4 nm,表面光洁与设计值符合较好,验证了制备方法的可行性。该方法有望促进非球面柱面微透镜列阵在紧凑化红外光电系统中的大规模应用。     

Fabrication of a 100%fill-factor silicon microlens array

正A simple method has been developed for the fabrication of a silicon microlens array with a 100%fill factor and a smooth configuration.The microlens array is fabricated by using the processes of photoresist(SU8- 2005) spin coating,thermal reflow,thermal treatment and reactive ion etching(RIE).First,a photoresist microlens array on a single-polished silicon substrate is fabricated by both thermal reflow and thermal treatment technologies. A typical microlens has a square bottom with size of 25μm,and the distance between every two adjacent microlenses is 5μm.Secondly,the photoresist microlens array is transferred to the silicon substrate by RIE to fabricate the silicon microlens array.Experimental results reveal that the silicon microlens array could be formed by adjusting the quantities of the reactive ion gases of SF_6 and O_2 to proper values.In this paper,the quantities of SF_6 and O_2 are 60 sccm and 50 sccm,respectively,the corresponding etch ratio of the photoresist and the silicon substrate is 1 to 1.44.The bottom size and height of a typical silicon microlens are 30.1μm and 3μm,respectively. The focal lengths of the microlenses ranged from 15.4 to 16.6μm.     

相位塞对线阵列扬声器垂直指向性的作用测试

测试了一款小型线阵列扬声器进行垂直指向性,比较了圆形扬声器单元安装与不安装相位塞情况下声辐射性能的差异.结果表明,在中低频范围,安装相位塞可有效抑制副极大瓣,增大前方能量辐射比例.但在8 kHz和10kHz,副极大瓣则只能在一定程度上被减弱而无法消除.     

光谱合成激光阵列指向偏差的光束特性分析

保持良好光束质量的输出对实际光谱合成系统的构建至关重要。从理论上研究光纤激光阵列指向偏差对合成系统光束特性的影响,修正了带有指向偏转角激光队列的入射光场,结合光谱合成的光传输模型和统计学分析,讨论了合成激光光束质量随均匀分布随机扰动的变化规律。仿真结果表明,指向偏差对合成系统的输出特性影响显著,当激光队列的最大偏转角仅为0.05时,合成系统的光束质量就会退化到（6.491.73）。为实现合成光束亮度的定标放大,逐步扩展激光队列的阵列规模,合成系统光束质量的变化会逐渐趋于稳定,以变化稳定时的阵列规模（30路子光束）作为参考,拟合M2因子随最大指向偏转角的变化趋势。