基于Zemax的半导体激光准直和整形设计 - 图文
更新时间:2024-02-03 18:47:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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基于Zemax的半导体激光准直和整形设计
作者:陆兵兵
来源:《科技视界》2015年第17期
【摘 要】通过对半导体激光光束特性进行分析,依据费马原理和非球面方程理论,对半导体激光准直系统进行数学建模,设计了利用两片式非球面透镜准直系统,并在zemax软件中进行了仿真,最后完成指标,具有良好的效果。 【关键词】Zemax;准直;非球面 0 引言
半导体激光器因其体积小、重量轻、阈值电流低等特点已被广泛应用于材料加工、激光通信、信号处理、医疗、军事等相关领域。但由于半导体激光有源层在横向和侧向的尺寸不一样,导致出射光束发散角较大且不均匀,严重影响了能量的传播和后续的测量过程。一般常用的激光准直的方法有圆柱透镜法、非球面柱镜法、光纤耦合法、渐变折射率透镜法和液体透镜法等。本文主要介绍利用两片非球面柱透镜的方法进行激光准直,并在zamax软件中进行仿真,同时提出一种对点光源整形为线光源的方法。 1 半导体激光光束特性
半导体激光的发光原理是基于受激光发射,满足粒子数翻转和阈值条件,模式可分为空间模和纵模。因为在横向和侧向的尺寸不一样,导致的衍射效应叠加的结果也不一样,最后形成输出光束为椭圆高斯的光束。本文讨论的是小功率半导体激光器,因为它的发光面尺寸较小,近似用基模高斯分布来分析,输出光束的光强分布可用下面的公式给出: 2 非球面准直透镜组设计 2.1 非球面方程介绍
Z(r)为非球面的凹陷度;r为非球面的孔径半径,r2=x2+y2(若只考虑YOZ平面的话,x可以为零);c为曲率半径的倒数;k为圆锥系数。 2.2 非球面方程参数确定
横向在光学设计中也可以理解为子午方向上,即YOZ平面,如下图所示。
在准直设计中会给出目标光斑大小y以及透镜折射率n,这样?琢■、y、n已知,计算得到,再代入式(6)~(8)中求出横向非球面透镜的参数。侧向的柱透镜的非球面方程系数可通过上面过程同样可以得到。
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