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首页微透镜阵列提升半导体激光器光斑均匀性:91.89%的匀化效果
本文主要探讨的是"基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统"这一关键技术在激光光学领域的应用。半导体激光器由于其自身的波导结构存在非对称性,这会导致光束出射时的光强分布不均匀,从而限制了其在诸如光通信、精密测量和激光加工等领域的广泛应用。为了解决这个问题,研究者设计了一种创新的系统,利用微透镜阵列来改善光束的质量。 微透镜阵列在半导体激光器光束匀化中的作用核心是通过聚焦和扩散光线来重塑光强分布。微透镜的孔径大小和排列方式对光斑的均匀性有直接影响。文章通过理论分析,确定了微透镜的孔径范围,以减少边缘衍射对光斑质量的影响。近轴矩阵光学理论被用来计算目标光斑的理想发散角,确保光束经过微透镜阵列后的扩散效果符合预期。 作者对这个系统进行了深入的仿真和实验验证。具体来说,他们可能采用了数值模拟软件来模拟微透镜阵列如何处理激光光束,同时在实验室条件下制造并测试了实际的微透镜阵列设备。结果显示,该系统的光斑均匀性达到了令人满意的91.89%,证明了微透镜阵列在优化半导体激光器光束性能方面的有效性。 关键词包括"激光光学"、"半导体激光器堆栈"、"微透镜阵列"、"光束匀化"以及"光斑均匀性",这些关键词揭示了文章的核心研究内容和重点技术领域。这项工作对于提升半导体激光器的整体性能,特别是在需要高精度光束控制的应用中,具有重要的意义。 这篇文章深入研究了微透镜阵列在半导体激光器光束均匀化中的应用,通过理论分析和实验验证,提供了一种有效的方法来解决光束非均匀问题,为提高激光器的性能和应用范围提供了技术支持。
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第 42 卷 第 5 期
2015 年 5 月
Vol. 42, No. 5
May, 2015
中 国 激 光
CHINESE JOURNAL OF LASERS
0502009-
基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统
雷呈强
1
汪岳峰
1
殷智勇
2
尹韶云
3
孙秀辉
3
1
军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2
装备学院航天指挥系, 北京 101416
3
中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心, 重庆 400714
摘要 半导体激光器由于自身波导结 构的不 对称性导致光强分布不均匀而限制了其应用,为了对半导体激光光束
进行整形以获得均匀光斑,设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导
体激 光的匀化原 理和光束匀 化过程,通过分析 微透镜边缘 衍射对匀化 光斑影响确 定了微透镜 孔径范围,采用近 轴
矩阵光学推导了目标光斑发散角。结合实例对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证,实现了均匀性为
91.89%的均匀光斑。
关键词 激光光学; 半导体激光器堆栈; 微透镜阵列; 光束匀化; 光斑均匀性
中图分类号 TN248.4 文献标识码 A
doi: 10.3788/CJL201542.0502009
Homogenization System for Diode Laser Stack Beams Based on
Microlens Array
Lei Chengqiang
1
Wang Yuefeng
1
Yin Zhiyong
2
Yin Shaoyun
3
Sun Xiuhui
3
1
Department of Electronic and Optics Engineering, Ordnance Engineering College,
Shijiazhuang, Hebei 050003, China
2
Department of Space Command, Academy of Equipment, Beijing 101416, China
3
Integrated Optics and Electronic Center, Chongqing Insitute of Green and Intelligent Technology,
Chinese Academy of Science, Chongqing 400714, China
Abstract The intensity distribution of diode laser is not uniform due to the broad- area and ridge-waveguide
designs, the poor beam quality is the limiting factor of applications. In order to achieve homogenized spot by
the beam shaping of high-power diode laser stack, a homogenization system for diode laser stack beams based
on microlens array is designed. The diode laser beam shaping theory and process of microlens array are
analyzed. The lower limit of clear aperture of microlens is confirmed by the analysis of the impact of the
diffraction of microlens edge on the spot homogeneity. The intensity angle distribution of spot is defined by
paraxial matrix optical analysis. The simulation and experimental test are carried out for the microlens array
beam shaping system, realizing the spot with the homogeneity of 91.89%.
Key words laser optics; diode laser stack; microlens array; beam homogenization; spot homogeneity
OCIS codes 140.2010; 140.3300; 220.4830
收稿日期: 2014-11-18; 收到修改稿日期: 2015-01-15
基金项目: 国家 863 计划
作者简介: 雷呈强(1987—),男,博士研究生,主要从事半导体激光光束整形、固体激光技术等方面的研究。
E-mail: lcqguangxue@163.com
导师简介: 汪岳峰(1963—),男,教授,博士生导师,主要从事固体激光器、光电检测技术等方面的研究。
E-mail:wyf_oec@163.com
1 引 言
大功率半导体激光器因其具有体积小、重量轻、光电转换效率高、使用寿命长等优点有着越来越广泛的
应用 前 景
[1-3]
。当 前 实用 化 的半导 体激光 器 受限 于 其自 身 波导结 构的限 制 ,快 慢 轴方 向 发散角 较大且 不 对
1
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