基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计

为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题,根据几何光学原理,分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型,设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜,并在ZEMAX光学设计软件中进行了仿真。经非球面准直透镜准直之后,半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从35°和7.5°压缩到了1.8 mrad和0.84 mrad,在距离光源10 m处接收面上的总光功率为0.497 W,光能利用率高达99.4%。结果表明,在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具有良好的效果。     

基于像散曲面微透镜的半导体激光准直研究

为了实现半导体激光器的光束准直,分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元,提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后,快轴方向剩余发散角约为0.34,慢轴方向剩余发散角约为2.69。结果表明,像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直,而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。     

MEMS-LiDAR的光源准直透镜设计

半导体激光器能量转换效率高、体积小、稳定性好,因此激光雷达常以半导体激光器作为光源。针对半导体激光发散角大,而传统的分离式双柱面准直透镜组存在装调误差大、结构复杂、稳定性低的缺点,提出一体化非球面柱透镜准直方案,分别在两面的相互正交的两个方向设计不同的面型,压缩发散角,同时实现半导体激光器快慢轴两个方向的准直。根据费马原理及扩束准直理论初步确定两正交方向准直面面型参数,以最小光斑半径和最大光通量为目标,以MEMS微镜尺寸为限制因素进行优化,最终完成发射端光学设计。准直后光束快轴发散角2 mrad,慢轴发散角9.6 mrad,准直效果接近车规级激光雷达的平均角分辨率,透镜体积为10×10×24 mm~3,发射端系统总长40 mm,系统通光率大于98.6%,满足MEMS-LiDAR对光源准直度、发射端系统集成度和稳定性的要求。     

双半圆柱透镜准直半导体激光光束

柱透镜被广泛运用于准直半导体激光光束,而普通圆柱透镜准直能力并不高,为了克服这一不足,提出一种新的柱透镜结构:双半圆柱透镜(DHCL);基于光线传输理论导出该结构柱透镜准直激光光束的基本公式并给出数值模拟的结果。理论分析和数值模拟均表明:在用于准直半导体激光器输出光束方面,双半圆柱透镜突破了普通圆柱透镜在最佳准直时对透镜材料折射率的限制,提高了结构设计和材料选择的灵活性;特别是在高折射率条件下,双半圆柱透镜对光束的准直能力远远超过了普通圆柱透镜。理论上可以将半导体激光光束快轴方向发散角压缩到0.1 mrad的量级。     

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。     

共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束特性研究

基于光线传输理论对椭圆柱透镜及共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束的特性进行了研究。结果表明：这两种柱透镜的准直效率随折射率的变化不大,这在一定程度上提高了透镜材料选择的灵活性;并且理论上,共轴双半椭圆柱透镜可以将半导体激光光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级。     

脉冲式半导体激光器准直光学系统的设计

根据具体的探测环境和探测精度,通过理论分析,提出了脉冲式半导体激光器准直光束的单透镜设计方法和柱面透镜的设计方法,并且给出了具体的设计参数。可以获得高斯光束的准直发散角为1.48mrad;高斯光束的腰粗为0.325mm。     

大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

半导体激光测距机非球面准直整形元件的设计

准直整形光学系统的设计可以提高半导体激光测距的测程和精度,系统中采用非球面光学元件优点突出.某测距装置采用4×1半导体激光器阵列,其波长为905 nm,发散角为25°(V)×10°(H).根据半导体激光器的远场发散角特点,结合非球面光学设计理论,基于ZEMAX软件设计出非球面准直整形元件.由计算结果可知,准直整形后垂直于结方向和平行于结方向发散角分别为3.33 mrad和2.67 mrad,光斑更均匀,能量利用率提高.     

半导体激光器准直透镜系统

发明的详细说明本发明是用于录相磁盘、数字音响磁盘光源半导体激光器的发散性激光束准直透镜系统。半导体激光器的激光光束通常是垂直方向为40°,水平方向为10°左右发散角的发散性光束。为了使其实用,要校成平行光束或接近平行光束。半导体激光准直透镜系统用于录相磁盘、数字音响磁盘时,要求NA为0.2左右,因为波面的混乱将导致光学系统整体性能的恶