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大功率半導(dǎo)體激光器單管合束及光纖耦合技術(shù)孫旭晴.大功率半導(dǎo)體激光器單管合束及光纖耦合技術(shù).1主要內(nèi)容:國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀單管半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直系統(tǒng)空間合束擴(kuò)束系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.主要內(nèi)容:.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
國(guó)外現(xiàn)狀德國(guó)夫瑯禾費(fèi)研究所采用階梯鏡反射法將兩種偏振態(tài)的波長(zhǎng)為975nm的單管半導(dǎo)體激光器進(jìn)行合束制成光纖耦合模塊,105μm光纖輸出功率達(dá)100W,耦合效率達(dá)80%。德國(guó)弗朗和菲研究所采用錐形單管半導(dǎo)體激光器制成光纖耦合模塊,50μm光纖輸出功率達(dá)50W,波長(zhǎng)為975nm,亮度達(dá)16.8MW/cm2-str。美國(guó)Oclaro公司也采用偏振合束技術(shù)將波長(zhǎng)為980nm的單管半導(dǎo)體激光器制成光纖耦合模塊,105μm光纖輸出功率100W,耦合效率為73%。通過(guò)光纖合束器將多個(gè)光纖耦合模塊進(jìn)行合束,功率可達(dá)上千瓦。德國(guó)JENOPTIK公司采用慢軸整體準(zhǔn)直法實(shí)現(xiàn)105μm光纖輸出65W的光纖耦合模塊,波長(zhǎng)為976nm,亮度可以達(dá)到9MW/cm2-str;.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
國(guó)外現(xiàn)狀.3國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)單管半導(dǎo)體激光器合束技術(shù)還不成熟,長(zhǎng)春理工大學(xué)采用二級(jí)反射鏡法進(jìn)行單波長(zhǎng)光纖耦合,200μm光纖輸出功率達(dá)12.4W,效率達(dá)74%。國(guó)外單管半導(dǎo)體激光器合束的輸出功率達(dá)到幾十瓦,最大輸出功率可以達(dá)百余瓦。北京凱普林光電有限公司研發(fā)的976nm半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊可以通過(guò)105μm光纖輸出功率50W,為國(guó)內(nèi)的較高水平。圖1-1北京凱普林公司的50W/150um光纖耦合模塊產(chǎn)品.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀圖1-1北京凱普林公司的50W/150um光纖耦4表1.1國(guó)際上單管光束耦合比較表.表1.1國(guó)際上單管光束耦合比較表.51設(shè)計(jì)方案首先通過(guò)微透鏡對(duì)每個(gè)單管半導(dǎo)體激光器進(jìn)行快慢軸準(zhǔn)直,通過(guò)空間合束使準(zhǔn)直后的光束在快軸疊加,再利用偏振合束技術(shù)對(duì)空間合束后的光束進(jìn)行偏振合束,最后利用自行設(shè)計(jì)的擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)將合束后的光束進(jìn)行擴(kuò)束,聚焦進(jìn)入光纖,極大地提高光纖耦合模塊的亮度。其中芯徑為105μm、NA0.2的光纖耦合模塊輸出功率15.22W,亮度超過(guò)1.4MW/cm2-str。..6..72光束質(zhì)量的計(jì)算為了獲得更高的亮度,我們選取光纖芯徑為105μm,NA0.2的光纖,即dF=105um,θF=0.2。
由于半導(dǎo)體激光合束后的光斑呈方形,且遠(yuǎn)場(chǎng)分布也呈方形,而光纖的芯徑和NA均為軸對(duì)稱(chēng)分布,所以聚焦后快慢軸的BPP需滿足以下條件.2光束質(zhì)量的計(jì)算.8..9通常半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向光束質(zhì)量相差很大,以實(shí)驗(yàn)中所用到的808nm半導(dǎo)體激光器為例,快軸發(fā)光尺寸1.5um,慢軸發(fā)光尺寸100um,相應(yīng)的發(fā)散角為60°×11°(95%能量),可以由單管半導(dǎo)體激光器快慢軸方向的尺寸及發(fā)散角得出快慢軸的光束質(zhì)量為通過(guò)上面公式可以看出快軸方向的光束質(zhì)量較好,但是發(fā)散角很大,在合束中不利于單管半導(dǎo)體激光器在快軸方向的疊加,需要使用小焦距的透鏡對(duì)激光器進(jìn)行準(zhǔn)直.通常半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向光束質(zhì)量相差很大,以實(shí)驗(yàn)中所用到103準(zhǔn)直系統(tǒng)圖4-2給出的是使用直徑400um石英光纖對(duì)快軸發(fā)散角為60°(95%能量)的半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直結(jié)果,準(zhǔn)直后發(fā)散角大于2°(95%能量)。.3準(zhǔn)直系統(tǒng)圖4-2給出的是使用直徑400um石英光纖11..12實(shí)驗(yàn)中所使用的FAC有效焦距(EFL)為0.85mm,非球面系數(shù)為-0.8,為橢圓面型;慢軸發(fā)散角相對(duì)較小,所使用的慢軸準(zhǔn)直鏡(SAC)面型為柱面鏡,EFLSAC=20mm,具體結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。.實(shí)驗(yàn)中所使用的FAC有效焦距(EFL)為0.85mm,134校正球差的準(zhǔn)直在類(lèi)似于單管合束這種高光束質(zhì)量的應(yīng)用中,對(duì)快軸準(zhǔn)直后的發(fā)散角要求較高,需要更好的校正球差,就必須采用短焦距、大孔徑的非球面快軸準(zhǔn)直柱面鏡(FAC)對(duì)半導(dǎo)體激光器的快軸準(zhǔn)直,圖4-4是采用FAC準(zhǔn)直的示意圖,準(zhǔn)直之后快軸發(fā)散角理論可以達(dá)到2.2mrad(95%能量)。.4校正球差的準(zhǔn)直在類(lèi)似于單管合束這種高光束質(zhì)量的應(yīng)用中,對(duì)快14..15..16利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬得到準(zhǔn)直后的光束發(fā)散角如圖4-8所示,準(zhǔn)直后快慢軸發(fā)散角分別為2.2mrad×4.6mrad(95%能量),相應(yīng)的光束質(zhì)量如表4.1所示。.利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬得到準(zhǔn)直后的光束發(fā)散角如圖4-8所示,準(zhǔn)17可以看出慢軸光束B(niǎo)PP小于5.25mm·mrad,但是比快軸大很多,因此需要通過(guò)在快軸方向疊加光束來(lái)使快慢軸方向BPP相等。..185空間合束由于每個(gè)FAC的高度為1.5mm,因此使得每?jī)蓚€(gè)半導(dǎo)體激光器之間的高度差為1.5mm。在FAC的裝調(diào)和固定時(shí)會(huì)產(chǎn)生指向性誤差,通常在±0.5mrad范圍內(nèi),我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要把這個(gè)誤差考慮進(jìn)去,因此整個(gè)合束后光源快軸方向的發(fā)散角為3.2mrad。按照上面公式(4-3)計(jì)算,快軸方向上可以排放4只半導(dǎo)體激光器,我們?cè)陔A梯熱沉的每個(gè)臺(tái)階上各排列一只單管半導(dǎo)體激光器,每個(gè)臺(tái)階高度為1.5mm。每只激光器經(jīng)過(guò)FAC和SAC準(zhǔn)直后,通過(guò)一個(gè)反射棱鏡進(jìn)行全反射,使4只激光器發(fā)出的光束在快軸疊加,如圖4-9所示。.5空間合束由于每個(gè)FAC的高度為1.5mm,因此使得每19..20快軸合束后的光斑圖如4-10所示,疊加后的光束快慢軸尺寸6mm×4.3mm,發(fā)散角為3.2mrad×4.6mrad,快慢軸的光束質(zhì)量為時(shí)快軸方向的BPP和慢軸方向的BPP最接近,但是此時(shí)快軸發(fā)散角為3.2mrad,慢軸發(fā)散角為4.6mrad,慢軸發(fā)散角是快軸的1.44倍,因此需要設(shè)計(jì)一套擴(kuò)束系統(tǒng),將慢軸光束進(jìn)行擴(kuò)束,使得快慢軸發(fā)散角相等,這樣聚焦后才能在光纖端面獲得一個(gè)正方形的光斑.常用的激光擴(kuò)束系統(tǒng)分為開(kāi)普勒擴(kuò)束結(jié)構(gòu)和伽利略擴(kuò)束結(jié)構(gòu)兩種。.快軸合束后的光斑圖如4-10所示,疊加后的光束快慢軸尺寸6m216擴(kuò)束系統(tǒng)1)開(kāi)普勒擴(kuò)束結(jié)構(gòu)
開(kāi)普勒擴(kuò)束內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-11所示,屬于非成像系統(tǒng),由具有正光焦度的目鏡和物鏡組成,入射光束在目鏡和物鏡間會(huì)存在一個(gè)焦點(diǎn),當(dāng)入射激光功率較大時(shí),容易出現(xiàn)空氣擊穿的現(xiàn)象,因此不適合在大功率激光系統(tǒng)中應(yīng)用。.6擴(kuò)束系統(tǒng)1)開(kāi)普勒擴(kuò)束結(jié)構(gòu).222)伽利略擴(kuò)束結(jié)構(gòu)
伽利略擴(kuò)束結(jié)構(gòu)由正光焦度的物鏡和負(fù)光焦度的目鏡組成,因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)為共虛焦點(diǎn),其軸向間距為正透鏡與負(fù)透鏡焦距絕對(duì)值之差,所以整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)其軸向尺寸較小,結(jié)構(gòu)緊湊,負(fù)目鏡能夠?qū)φ镧R進(jìn)行像差補(bǔ)償,使系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單,減少了反射面的光能量損失。另外由于是無(wú)焦系統(tǒng),可避免發(fā)生空氣擊穿,因此在大功率激光擴(kuò)束中多采用此結(jié)構(gòu)。..23采用伽利略結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一套1.44倍的柱面擴(kuò)束系統(tǒng),如圖4-13所示,由一個(gè)凹柱面鏡和一個(gè)凸柱面鏡組成,面型分別為平凹和平凸面型。r1=13.6mm,r2=19.58mm,慢軸擴(kuò)束前后的BPP如表4.2所示。當(dāng)半導(dǎo)體激光束通過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)后,慢軸發(fā)散角縮小了1.44倍,實(shí)現(xiàn)了與快軸發(fā)散角相等,而慢軸BPP增大了1.05倍,這是由于慢軸擴(kuò)束鏡采用了兩片單片鏡結(jié)構(gòu),而且均為平凸面型,無(wú)法消除擴(kuò)束過(guò)程中產(chǎn)生像差導(dǎo)致的。.采用伽利略結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一套1.44倍的柱面擴(kuò)束系統(tǒng),如圖24圖中h和θ分別表示聚焦前光束的半寬和發(fā)散半角,h'和θ'表示經(jīng)過(guò)聚焦后的光束半寬和發(fā)散半角,f為耦合鏡的焦距。我們利用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)聚焦透鏡組進(jìn)行函數(shù)優(yōu)化并限制焦距為47mm,透鏡的材料選用融石英JGS1光學(xué)玻璃,選取三片透鏡的初始結(jié)構(gòu),經(jīng)過(guò)優(yōu)化,我們得出了最佳結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)參數(shù)在表4.3中列出,聚焦鏡組的結(jié)構(gòu)如圖4-14中所示。.圖中h和θ分別表示聚焦前光束的半寬和發(fā)散半角,h'和25..26..27圖4-15是聚焦鏡組在0°角視場(chǎng)的點(diǎn)列圖和波前圖,從圖中可知在視場(chǎng)角為0°時(shí)點(diǎn)列圖的幾何彌散圓直徑小于艾里斑,波前圖中的PV值為0.05個(gè)波長(zhǎng),證明此設(shè)計(jì)是接近衍射極限的,完全滿足使用要求。.圖4-15是聚焦鏡組在0°角視場(chǎng)的點(diǎn)列圖和波前圖,從圖中可知287實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)中采用了4個(gè)輸出功率為5W,波長(zhǎng)為808nm的單管半導(dǎo)體激光器,其輸出波長(zhǎng)如圖4-16所示,中心波長(zhǎng)λ為808.6nm,光譜寬度Δλ為2.6nm(FWHM),單個(gè)激光器的P-I曲線如圖4-17所示,在注入電流為5.8A時(shí),工作電壓為1.62V,輸出功率達(dá)到5W,斜線效率為1.05W/A,相應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換效率為45%。.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)中采用了4個(gè)輸出功率為5W,波長(zhǎng)為29..30..31通過(guò)公式(4-9)可以計(jì)算出光纖耦合模塊的輸出亮度,式中B是亮度,P是輸出功率,D是光纖的芯徑,θ是光纖的數(shù)值孔徑。經(jīng)過(guò)計(jì)算,在光纖耦合連續(xù)輸出達(dá)15.22W時(shí),此模塊亮度可以達(dá)到1.4MW/cm2-str..通過(guò)公式(4-9)可以計(jì)算出光纖耦合模塊的輸出亮度,式中B是32通過(guò)Matlab處理在束腰位置得到相應(yīng)的光斑輪廓如圖4-20所示,聚焦光斑呈平頂分布。圖4-21為光纖耦合輸出的光斑強(qiáng)度分布圖,可以看出通過(guò)光纖傳輸后,光強(qiáng)分布發(fā)生變化,由平頂分布變成高斯分布,光強(qiáng)分布更均勻。.通過(guò)Matlab處理在束腰位置得到相應(yīng)的光斑輪廓如圖4-2033謝謝..34大功率半導(dǎo)體激光器單管合束及光纖耦合技術(shù)孫旭晴.大功率半導(dǎo)體激光器單管合束及光纖耦合技術(shù).35主要內(nèi)容:國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀單管半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直系統(tǒng)空間合束擴(kuò)束系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.主要內(nèi)容:.36國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
國(guó)外現(xiàn)狀德國(guó)夫瑯禾費(fèi)研究所采用階梯鏡反射法將兩種偏振態(tài)的波長(zhǎng)為975nm的單管半導(dǎo)體激光器進(jìn)行合束制成光纖耦合模塊,105μm光纖輸出功率達(dá)100W,耦合效率達(dá)80%。德國(guó)弗朗和菲研究所采用錐形單管半導(dǎo)體激光器制成光纖耦合模塊,50μm光纖輸出功率達(dá)50W,波長(zhǎng)為975nm,亮度達(dá)16.8MW/cm2-str。美國(guó)Oclaro公司也采用偏振合束技術(shù)將波長(zhǎng)為980nm的單管半導(dǎo)體激光器制成光纖耦合模塊,105μm光纖輸出功率100W,耦合效率為73%。通過(guò)光纖合束器將多個(gè)光纖耦合模塊進(jìn)行合束,功率可達(dá)上千瓦。德國(guó)JENOPTIK公司采用慢軸整體準(zhǔn)直法實(shí)現(xiàn)105μm光纖輸出65W的光纖耦合模塊,波長(zhǎng)為976nm,亮度可以達(dá)到9MW/cm2-str;.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
國(guó)外現(xiàn)狀.37國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)單管半導(dǎo)體激光器合束技術(shù)還不成熟,長(zhǎng)春理工大學(xué)采用二級(jí)反射鏡法進(jìn)行單波長(zhǎng)光纖耦合,200μm光纖輸出功率達(dá)12.4W,效率達(dá)74%。國(guó)外單管半導(dǎo)體激光器合束的輸出功率達(dá)到幾十瓦,最大輸出功率可以達(dá)百余瓦。北京凱普林光電有限公司研發(fā)的976nm半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊可以通過(guò)105μm光纖輸出功率50W,為國(guó)內(nèi)的較高水平。圖1-1北京凱普林公司的50W/150um光纖耦合模塊產(chǎn)品.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀圖1-1北京凱普林公司的50W/150um光纖耦38表1.1國(guó)際上單管光束耦合比較表.表1.1國(guó)際上單管光束耦合比較表.391設(shè)計(jì)方案首先通過(guò)微透鏡對(duì)每個(gè)單管半導(dǎo)體激光器進(jìn)行快慢軸準(zhǔn)直,通過(guò)空間合束使準(zhǔn)直后的光束在快軸疊加,再利用偏振合束技術(shù)對(duì)空間合束后的光束進(jìn)行偏振合束,最后利用自行設(shè)計(jì)的擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)將合束后的光束進(jìn)行擴(kuò)束,聚焦進(jìn)入光纖,極大地提高光纖耦合模塊的亮度。其中芯徑為105μm、NA0.2的光纖耦合模塊輸出功率15.22W,亮度超過(guò)1.4MW/cm2-str。..40..412光束質(zhì)量的計(jì)算為了獲得更高的亮度,我們選取光纖芯徑為105μm,NA0.2的光纖,即dF=105um,θF=0.2。
由于半導(dǎo)體激光合束后的光斑呈方形,且遠(yuǎn)場(chǎng)分布也呈方形,而光纖的芯徑和NA均為軸對(duì)稱(chēng)分布,所以聚焦后快慢軸的BPP需滿足以下條件.2光束質(zhì)量的計(jì)算.42..43通常半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向光束質(zhì)量相差很大,以實(shí)驗(yàn)中所用到的808nm半導(dǎo)體激光器為例,快軸發(fā)光尺寸1.5um,慢軸發(fā)光尺寸100um,相應(yīng)的發(fā)散角為60°×11°(95%能量),可以由單管半導(dǎo)體激光器快慢軸方向的尺寸及發(fā)散角得出快慢軸的光束質(zhì)量為通過(guò)上面公式可以看出快軸方向的光束質(zhì)量較好,但是發(fā)散角很大,在合束中不利于單管半導(dǎo)體激光器在快軸方向的疊加,需要使用小焦距的透鏡對(duì)激光器進(jìn)行準(zhǔn)直.通常半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向光束質(zhì)量相差很大,以實(shí)驗(yàn)中所用到443準(zhǔn)直系統(tǒng)圖4-2給出的是使用直徑400um石英光纖對(duì)快軸發(fā)散角為60°(95%能量)的半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直結(jié)果,準(zhǔn)直后發(fā)散角大于2°(95%能量)。.3準(zhǔn)直系統(tǒng)圖4-2給出的是使用直徑400um石英光纖45..46實(shí)驗(yàn)中所使用的FAC有效焦距(EFL)為0.85mm,非球面系數(shù)為-0.8,為橢圓面型;慢軸發(fā)散角相對(duì)較小,所使用的慢軸準(zhǔn)直鏡(SAC)面型為柱面鏡,EFLSAC=20mm,具體結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。.實(shí)驗(yàn)中所使用的FAC有效焦距(EFL)為0.85mm,474校正球差的準(zhǔn)直在類(lèi)似于單管合束這種高光束質(zhì)量的應(yīng)用中,對(duì)快軸準(zhǔn)直后的發(fā)散角要求較高,需要更好的校正球差,就必須采用短焦距、大孔徑的非球面快軸準(zhǔn)直柱面鏡(FAC)對(duì)半導(dǎo)體激光器的快軸準(zhǔn)直,圖4-4是采用FAC準(zhǔn)直的示意圖,準(zhǔn)直之后快軸發(fā)散角理論可以達(dá)到2.2mrad(95%能量)。.4校正球差的準(zhǔn)直在類(lèi)似于單管合束這種高光束質(zhì)量的應(yīng)用中,對(duì)快48..49..50利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬得到準(zhǔn)直后的光束發(fā)散角如圖4-8所示,準(zhǔn)直后快慢軸發(fā)散角分別為2.2mrad×4.6mrad(95%能量),相應(yīng)的光束質(zhì)量如表4.1所示。.利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬得到準(zhǔn)直后的光束發(fā)散角如圖4-8所示,準(zhǔn)51可以看出慢軸光束B(niǎo)PP小于5.25mm·mrad,但是比快軸大很多,因此需要通過(guò)在快軸方向疊加光束來(lái)使快慢軸方向BPP相等。..525空間合束由于每個(gè)FAC的高度為1.5mm,因此使得每?jī)蓚€(gè)半導(dǎo)體激光器之間的高度差為1.5mm。在FAC的裝調(diào)和固定時(shí)會(huì)產(chǎn)生指向性誤差,通常在±0.5mrad范圍內(nèi),我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要把這個(gè)誤差考慮進(jìn)去,因此整個(gè)合束后光源快軸方向的發(fā)散角為3.2mrad。按照上面公式(4-3)計(jì)算,快軸方向上可以排放4只半導(dǎo)體激光器,我們?cè)陔A梯熱沉的每個(gè)臺(tái)階上各排列一只單管半導(dǎo)體激光器,每個(gè)臺(tái)階高度為1.5mm。每只激光器經(jīng)過(guò)FAC和SAC準(zhǔn)直后,通過(guò)一個(gè)反射棱鏡進(jìn)行全反射,使4只激光器發(fā)出的光束在快軸疊加,如圖4-9所示。.5空間合束由于每個(gè)FAC的高度為1.5mm,因此使得每53..54快軸合束后的光斑圖如4-10所示,疊加后的光束快慢軸尺寸6mm×4.3mm,發(fā)散角為3.2mrad×4.6mrad,快慢軸的光束質(zhì)量為時(shí)快軸方向的BPP和慢軸方向的BPP最接近,但是此時(shí)快軸發(fā)散角為3.2mrad,慢軸發(fā)散角為4.6mrad,慢軸發(fā)散角是快軸的1.44倍,因此需要設(shè)計(jì)一套擴(kuò)束系統(tǒng),將慢軸光束進(jìn)行擴(kuò)束,使得快慢軸發(fā)散角相等,這樣聚焦后才能在光纖端面獲得一個(gè)正方形的光斑.常用的激光擴(kuò)束系統(tǒng)分為開(kāi)普勒擴(kuò)束結(jié)構(gòu)和伽利略擴(kuò)束結(jié)構(gòu)兩種。.快軸合束后的光斑圖如4-10所示,疊加后的光束快慢軸尺寸6m556擴(kuò)束系統(tǒng)1)開(kāi)普勒擴(kuò)束結(jié)構(gòu)
開(kāi)普勒擴(kuò)束內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-11所示,屬于非成像系統(tǒng),由具有正光焦度的目鏡和物鏡組成,入射光束在目鏡和物鏡間會(huì)存在一個(gè)焦點(diǎn),當(dāng)入射激光功率較大時(shí),容易出現(xiàn)空氣擊穿的現(xiàn)象,因此不適合在大功率激光系統(tǒng)中應(yīng)用。.6擴(kuò)束系統(tǒng)1)開(kāi)普勒擴(kuò)束結(jié)構(gòu).562)伽利略擴(kuò)束結(jié)構(gòu)
伽利略擴(kuò)束結(jié)構(gòu)由正光焦度的物鏡和負(fù)光焦度的目鏡組成,因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)為共虛焦點(diǎn),其軸向間距為正透鏡與負(fù)透鏡焦距絕對(duì)值之差,所以整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)其軸向尺寸較小,結(jié)構(gòu)緊湊,負(fù)目鏡能夠?qū)φ镧R進(jìn)行像差補(bǔ)償,使系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單,減少了反射面的光能量損失。另外由于是無(wú)焦系統(tǒng),可避免發(fā)生空氣擊穿,因此在大功率激光擴(kuò)束中多采用此結(jié)構(gòu)。..57采用伽利略結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一套1.44倍的柱面擴(kuò)束系統(tǒng),如圖4-13所示,由一個(gè)凹柱面鏡和一個(gè)凸柱面鏡組成,面型分別為平凹和平凸面型。r1=13.6mm,r2=19.58mm,慢軸擴(kuò)束前后的BPP如表4.2所示。當(dāng)半導(dǎo)體激光束通過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)后,慢軸發(fā)散角縮小了1.44倍,實(shí)現(xiàn)了與快軸發(fā)散角相等,而慢軸BPP增大了1.05倍,這是由于慢軸擴(kuò)束鏡采用了兩片單片鏡結(jié)構(gòu),而且均為平凸面型,無(wú)法消除擴(kuò)束過(guò)程中產(chǎn)生像差導(dǎo)致的。.采用伽利略結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一套1.44倍的柱面擴(kuò)束系統(tǒng),如圖58圖中h和θ分別表示聚焦前光束的半寬和發(fā)散半角,h'和θ'表示經(jīng)過(guò)聚焦后的光束半寬和發(fā)散半角,f為耦合鏡的焦距。我們利用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)聚
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