半导体激光器非球面准直透镜设计：解决大发散角问题的关键

本文档主要探讨了在半导体激光器光学设计中弧矢方向非球面参数的确定方法，特别是针对半导体激光器固有的像散现象。在XOZ平面上，激光器的发散导致在相互垂直的两个方向上的焦点位置不一致，形成弧矢方向和子午方向的非球面特性。MLSO1P73型激光器的快轴和慢轴发散角度存在显著差异，这对光束的准直提出了挑战。 首先，作者利用图4展示了激光器的弧矢方向光束准直原理，通过计算得到非球面面型的焦点间距和光斑尺寸。由于慢轴方向的发散角较小，准直后光斑尺寸较理想，而快轴方向的发散角较大，因此设计的目标是使准直后的光斑在垂直方向上压缩到2mm，即光斑半径最大限制为1mm。 为了实现这一目标，作者依据几何光学原理，针对不同的发散角度建立了数学模型，这涉及到非球面透镜的设计。他们特别提到了ZEMAX光学设计软件在这一过程中的应用，该软件在模拟和优化非球面透镜设计方面起到了关键作用。 通过使用ZEMAX，设计者成功地制造出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的透镜。这种透镜经过优化后，能够将半导体激光器的快轴和慢轴发散角分别从35°和7.5°压缩到1.8 mrad和0.84 mrad，实现了非常高效的光束准直。在10英寸距离处，光源的总光功率达到0.497W，光能利用率高达99.4%，显示出非球面准直透镜对激光器准直效果的显著提升。 这项研究不仅解决了半导体激光器大发散角的问题，还提供了一种实用的方法来优化非球面透镜设计，以提高光束质量，这对于激光技术，特别是光纤通信和精密光学系统等领域具有重要的实际应用价值。