LD准直透镜光能耦合效率与波差的理论分析

ＬＤ准直透镜光能耦合效率与波差的理论分析陈海清，阮玉，常洋燕（华中理工大学）０引言激光二级管发射的光束是发散的，需经过椭圆光束准直，整形及象散校正，从而获得发散度小准直度高的光束，同时还要考虑系统的光能利用效率与波差问题。准直透镜的作用是把ＬＤ所发出...     

球透镜耦合效率研究

根据能量积分法计算了球透镜用于激光二极管(LD)与单模光纤(SMF)之间耦合的耦合效率,并对其进行研究。结果表明:当采用单球透镜时,所带来的轴向偏差为±30 μm,横向偏差为±1.0 μm,沿着X-Y平面的轴向倾角偏差为±1.2°;当采用双球透镜时,角向偏差最大,横向偏差次之,轴向偏差最小。     

齿轮系统耦合振动的理论分析与试验研究

利用机械振动理论、动力分析有限元法,结合齿轮啮合理论,配合有关试验手段,研究斜齿轮系统耦合振动的动力学建模问题,同时进行结合部参数识别。对齿轮—传动轴—箱体系统在耦合振动条件下的动力学特性进行全面分析,为齿轮的动态特性优化提供理论基础。     

为电荷耦合器件微透镜设计的两种光致抗蚀剂的光学性质

为加工电荷耦合器件(CCD)微透镜阵列，专门设计了两种不同的经济适用光致抗蚀剂，比较了用它们规模生产微透镜阵列的可行性。使用一种方法来表征所制备光致抗蚀剂薄膜的特性，薄膜是用与实际透镜阵列加工奈件一样的加工条件制备的。两种光致抗蚀剂的透射光谱有极大差异。类似地，根据透射光谱干涉图样，薄膜表面质量也极不相同。最后，吸收与波长的关系曲线展示由于两种光致抗蚀剂的吸收很不同而光焦度损失的实际论据。     

集成成像系统中高填充率微透镜阵列的设计与加工

针对目前微透镜设计与加工中存在的问题,本文提出了一种大尺寸、高填充率的微透镜阵列设计与加工方法,并成功应用于基于手机屏幕的三维集成成像显示系统。根据焦面模式下的集成成像原理,建立了透镜阵列参数与集成成像显示关键参数的关系,并设计了高填充率透镜阵列的孔径与焦距。采用超精密铣削方法加工出金属母板,通过纳米压印和图形转移复制的方法,在涂有UV固化胶的PET透明膜上得到了高填充率的微透镜阵列膜,并将其应用于基于手机显示屏的集成成像系统。测试结果表明,在5.7英寸全高清手机屏幕上,直接覆盖孔径为0.526mm、焦距为2mm、填充率为100%的透镜阵列,可以实现立体图像出屏距离达4cm、视场角为12.5°的集成成像显示效果。系统的设计与透镜阵列的制作完全满足集成成像要求,裸眼观看立体图像清晰、逼真,系统集成度高,使用方便。     

柱状楔形微透镜光纤与半导体激光器耦合效率研究

为了提高半导体激光器与光纤耦合的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式宽发射域半导体激光器进行耦合的新技术。采用光线追迹的方法,进行数值模拟。通过对光纤微透镜结构参数进行优化,得到了高达99%的理论耦合效率。同时,还在理论上讨论了耦合时在光线传输方向上的失配容忍度。在实验中,得到了最高为87.06%的耦合效率。     

微透镜阵列的离子束溅射刻蚀研究

利用扫描电子显微镜(SEM)和表面探针测试,分析了采用离子束溅射刻蚀技术制作的石英微透镜阵列器件的表面微观形貌,讨论了引起微透镜表面缺陷的原因及所采取的改善表面形貌的措施,研究了采用不同层次的光致抗蚀剂微透镜图形的固化技术后,经离子束溅射刻蚀制作出的微透镜阵列器件的表面形貌差异,定性给出了表面探针测试的适用范围,此外还介绍了对所制样品所做的几项主要的处理操作。     

808nm980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的广泛应用,单个半导体激光迭阵的光功率已经不能满足实际需求,这就要求将多个半导体激光器耦合成一束激光,可直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体光源亮度及光束质量。文章通过采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出,便于满足工业加工需要。介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计耦合器件,并自行设计采用光学系统对光束进行扩束聚焦,通过实验将808nm和980nm两半导体激光迭阵光束通过此技术进行合束, 最终实现更高功率输出,耦合效率70%,光斑大小为3×3mm2,目前国内没有对此项技术进行研究。     

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。     

半导体激光阵列合束技术的研究

综述了几种典型的半导体激光阵列合束方法,介绍了近年来半导体激光光束合成的最新进展,分析了各种合成方法的技术特点,总结了半导体激光阵列合束技术的发展趋势.研究发现光谱合束技术的输出光束光强分布不随阵列单元数而变化,且在远场和近场均能保持较好的叠加,大大提高了远场光束的亮度,有望成为未来半导体激光光束合成的重要发展方向.     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

金属材料表面激光藕合系数的反演

为了能通过背光面温度测量获得材料激光耦合系数,从傅里叶热传导方程出发,在一定的近似条件下推导出了不透明金属材料的表面激光耦合系数与背光面温升的关系表达式,给出了工程反演算法.采用两种不同的方法对反演算法进行了验证:一是用反演算法计算30CrMnSiA材料的1.3μm激光耦合系数,与文献报道的实验测量值进行比较;另外是实...     

基于AVR单片机的双液体变焦透镜驱动系统

基于电湿效应的圆锥形双液体变焦透镜是一种新型的透镜,它通过外加电压改变液面曲率半径来实现变焦,从而达到无机械运动变焦的目的。现设计了一种基于AVR单片机的驱动系统,该系统通过调整输出PWM波的占空比可以对外输出一个频率固定为1kHz、幅值可调的电压,用于驱动双液体透镜改变焦距。电控系统可以方便快捷地调整输出电压的大小,从而驱动双液体变焦透镜快速、稳定地改变焦距。     

菲涅耳透镜的通光分析及设计方法探讨

研究了菲涅耳透镜成像质量差的原因,提出一种改进的方法,即改善轴外点的成像质量以增大菲涅耳透镜的视场。分析了三种常用的设计菲涅耳透镜的方法,用光学设计软件Zem ax模拟设计结果,对三种设计方法进行比较。得出结论:像面为曲面时可校正场曲;基面和底面为曲面的菲涅耳透镜与平面型菲涅尔透镜相比彗差较小。     

光纤有源器件封装制造中的自动对准方法研究

针对激光二极管的封装,设计了大行程与高分辨率相结合的耦合对接试验平台,平台直线运动行程50mm,可实现0.01μm的可控分辨率。设计粗对准与精密对准相结合的搜索算法,完成激光二极管与单模光纤从零功率耦合到最大功率耦合位置的搜索定位。在峰值功率搜索阶段,为克服各个自由度交叉耦合的影响,首次将模式搜索法应用到光纤对准多自由度搜索,在搜索速度和算法稳定性上都优于传统的基于爬山法的变量轮换法。目前,使用模式搜索法进行三自由度搜索的平均搜索时间为30~50s。     

半导体激光器阵列光束准直和聚焦系统设计

给出条阵半导体激光器光束消像散准直、聚焦的方法以及折 /衍混合准直微光学阵列系统和聚焦光学系统的设计方法 ,并设计了一准直聚焦光学系统 ,准直精度达 3mrad～ 4mrad,聚焦光斑尺寸小于 2 0 0μm