大功率半导体激光束变发散角整形系统设计方法

在研究了大功率半导体激光器(HPLD)光束特性的基础上,提出了实现大功率半导体激光束变发散角的设计方法。针对线源像散激光光源设计了由两个垂直放置的平凸柱透镜组成的可变激光束发散角的整形系统。在满足光束发散角要求的前提下,通过离焦使其出射光束的发散角在一定范围内连续改变。建立了两个柱透镜移动量与光束发散角关系的数学模型。利用商用光学软件对整形系统进行了模拟,结果表明,光束发散角被压缩在一定范围内连续改变,从而可实现对不同范围物体照明。     

光通信中高精度激光束准直系统优化设计

基于空间解析几何与矢量形式的折射定理为基础,研究了非球面、非轴对称的激光束准直光学系统,并对空间光线的传输进行了严格的理论推导,得出了光束发散角的传递矩阵递推公式,并对激光束的发散角进行了优化设计.利用激光束质量诊断仪对准直系统的发散角进行了实验测试,结果表明准直系统能达到较高的准直精度.本设计方法能广泛应用于复杂的非球面光学系统设计中.     

半导体激光器光束耦合效率研究

在远距离无线光通信中,接收点光功率与光束发散角平方成反比。为了获得小的光束发散角和大的功率耦合效率,必须研究光束准直系统与耦合效率的关系。根据非傍轴远场光分布理论,用光线追迹法对半导体激光器光束准直系统中的功率耦合效率进行研究,给出半导体激光器光束耦合效率的计算方法,并进行计算机模拟。这里的研究结果对半导体激光器光束准直系统设计具有一定的指导作用。     

大功率光纤耦合模块光学系统北大核心

基于单管半导体激光器光束传输特性,用光线追迹法对光纤耦合光路进行仿真分析,结果表明在激光器与光纤间放置圆柱透镜的间接耦合方法具有成本低廉、准直光束质量好等特性。根据光束传输几何关系,优化得到了准直距离L与圆柱透镜半径r比值为0.5时,准直效果最好,准直后发散角为2.45°。用光学仿真软件设计耦合光路,并对耦合光路进行光线追迹,结合产品的可靠性问题,最终得到优化的柱透镜直径为60μm。进行耦合实验,测量准直后发散角和采用水冷散热的耦合系统的耦合效率,准直后发散角约为2.55°,耦合效率最高为89.50%。耦合实验结果与仿真结果接近,满足了光纤激光器泵浦源的使用要求。     

半导体激光器集成系统自适应性的研究

为了改善大功率半导体激光器的发散角特性,本文对衍射光学元件和半导体激光器组成的新型新小光学系统的自适应性进行了研究。对于红外远距离大功率半导体激光器照明系统,数值结果表明,调节衍射光学元件与半导体激光器之间的间距或选择外加的几何光学透镜参数,可使该系统适用于不同发散角参数的半导体激光器件。     

变发散角半导体激光器光束整形发射系统设计

变发散角半导体激光束具有重要的应用意义.根据光线传输的基本原理,从理论上推导了变发散角半导体激光器光束整形发射系统的设计公式,在推导过程中,为了更准确地设计系统,保证出射光束质量,需考虑半导体激光器的固有像散.讨论了最佳的系统结构形式,推导了半导体激光器光束整形的变发散角公式,根据该公式设计了一个变发散角半导体激光器光...     

半导体激光器光束特性的研究

研究半导体激光器(LD)的光束特性,并对其远场图像是近场图像的傅里叶变换进行了分析和推导。半导体激光器输出光束的方向性很差,发散角大致为10°-40°,并且在快轴和慢轴两个方向上相差较大,使得半导体激光器发射的激光束的束斑呈椭圆状,这对长距离传输很不利,因此本文还研究了光束的准直技术。     

大功率激光光纤透镜耦合系统设计

在不考虑像差的情况下,采用傍轴光线传输ABCD定律,结合混合模系数M(或M^2)的定义,研究了大功率LD尾纤输出的混合模类高斯光束经透镜之后束腰及束腰位置和发散角的变化,并在此基础上,利用MATLAB软件中的优化设计工具,提出一种设计大功率激光光纤准直——聚焦双透镜耦合系统的简单方法,最后给出了一个光子晶体光纤激光器透镜耦合系统设计实例．     

条形半导体激光器准直方法研究

对半导体激光准直变换、能量耦合、整形的方法等进行了研究分析,提出了条形半导体激光器准直变换的处理方法,设计了半导体激光测距准直天线。分析计算表明,采用扩束透镜与棱镜对准直可以将输入参数为发散角10°×40°,发光面100μm×1μm的典型半导体激光束,变换为发散角在1mrad以内的准直光束。     

二元光学元件和半导体激光器集成系统的设计研究

本文设计了一个用于改善大功率半导体激光器发散角特性的二元学元件,并提出将该元件与半导体激光器集成一起,构成一个整体化的新型微小光学系统,然后通过调节外加的几何光学透镜,在长达１００米的红外远距离大工率半导体激光器照明系统中将得到利用。     

Optical Antenna System Design for 3D Imaging Lidar

A new aspheric surface pre-collimation lenses system for the optical antenna of three-dimensional(3D)imaging of lidar has been optimally designed and simulated by optical design software CODE-V.Four kinds of aspheric surfaces spherical lenses including the sections of spherical,elliptical,hyperbola,and parabola have been researched.The optical system,including the elliptical cylinder lenses collimation and the optical antenna,can be realized less than 5μrad collimation angle for dot source semiconductor laser beam.     

空间光通信系统发射光束准直特性研究

提出一种前端直接耦合光纤平凸透镜的聚合物直光锥光准直系统.通过具体地对直光锥的端体结构参数进行优化设计以得到高耦合效率准直精度的直接耦合式聚合物直光准直系统.并利用光线传输理论和仿真实验,论证了直光锥的锥角和锥长准直效能的较大影响.结果表明,选择合适的锥角和锥长能达到十微弧度级准直精度,能较好地满足空间光通信系统远距离发射和接收对于光束质量的要求.此外,理论数值和仿真实验同样验证了该直接耦合式直光准直系统对于较大发散角的发散光束具有较好准直效果.     

基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究

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808nm半导体激光器,设计了双片型808nm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0．032mrad。该设计使用的镜片数较少,结构简单。     

自聚焦光纤对半导体激光束的准直研究

介绍了一种新颖的利用自聚焦光纤对半导体激光束的准直技术。该方法结构简单、调整方便。实验研究表明其可使大发散角的半导体激光束压缩到0.01º的数量级,适合作半导体激光器的准直元件而运用于精密测试领域。     

高功率850 nm宽光谱大光腔超辐射发光二极管

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为提高半导体超辐射发光管的光谱宽度,采用非均匀阱宽多量子阱(MQW)材料拓宽超辐射器件的输出光谱。优化设计器件的波导结构,利用大光腔结构设计出高功率、低发散角850 nm超辐射发光二极管。采用直波导吸收区而后在器件的出光腔面上镀制抗反射膜的方法制作超辐射发光二极管。器件在140 mA时器件半峰全宽(FWHM)可以达到26 nm,室温下连续输出功率达到7 mW。器件的垂直发散角为28°,水平发散角为10°。由于器件具有比较小的发散角,与光纤耦合时具有比较高的耦合效率,单模保偏光纤耦合输出功率达到1.5 mW。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

Simulation Design of Collimation Zoom Optical System Based on Laser Ranging

Laser ranging is a crucial issue for collimation zoom optical systems, in order to make sure the beam alignment adapt to the aperture, the spatial divergence angle of the laser beam should be improved. In this paper, a collimation zoom optical system was designed based on the principle of non-focal magnification collimation and direct beam expansion. The optimized operation function DMVA is input into the Zemax simulation system to control the image height, and the curvature, thickness and air space of each lens of the system are optimized to reach the index requirements. The results of the optical track simulation shows that the energy distribution is uniform and non-dispersive. The collimation zoom system, four-group telescope is used instead of the group telescope structure, which have simple structure, the design of cam curve ensure the boresight of optical axes meets the design index, that reduce the ranging error efficiently. The accuracy error of the instrument is less then 0.5 m when field ranging is 10 km.     

基于ZEMAX的半导体激光准直仿真设计

为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。