课程四十六：一个
激光二极管光束整形器 l>T]Y 这节课将展示如何设计从一个激光二极管到一个圆形准直光束的
光学转换器。我们从一个典型的激光二极管的规格开始，它在 X 方向和 Y 方向上有不同的发散角，设计任务比较复杂。以下是我们的设计规格:
><C9PS @ Y 方向的光束发散度: 8.5°
5`6U:MDq X 方向的光束发散度: 19°
b"2_EnE}1 波长为0.403um
. )E1|U[L 我们将使用 OBG 命令，它需要高斯束腰半径作为
参数。首先我们要把发散角转换成半径值。
v\g1 w&PN 在用户手册的3.1.2节中，我们了解到该程序利用公式将光束半径转换为发散角
`[&%fTW+ DIV = WAV(p) M2 / π WAIST No
DH"_.j WAIST = WAV(p) M2 / π DIV No
yBCLS55 0 从这里我们得到了 y 方向的 GWR = 0.0008644和 x 方向的 GWR =0.0003868。现在我们创建 RLE 文件。在 EE 编辑器中键入 RLE 文件
$T_>WUiK - RLE
- ID LASER DIODE BEAM CONVERTER
- UNI MM
- WA1 .403
- OBG 0.0008644 1 .0003868
- 1 TH 20
- 2
- END
然后运行这个宏，你会得到一个结构简单初始结构。
l\TL=8u2c
zCS& w
~
`Bb32L 很容易看出光束在 X 方向上与在 Y 方向上的差异:
`NQ;|! 在命令窗口输入 BEAM 和 XBEAM
09= w
Q?b C'147O 表面2上的 GBR 在 Y 方向上比在 X 方向上小得多，我们的第一个任务是把这个差异消除掉。我们需要在光束的中心插入一个
透镜。在工作表中，制作一个检查点，然后单击 WS 工具栏中的插入元件按钮。然后点击 PAD 显示器靠近中心的位置，程序将在该位置添加一个镜片。
tqpSir
,uD}1
G<u 我们来看看光束输出的形状。输入 MPE，选择旋转透视选项，并在光束边缘显示一个圆形图案，用红色表示。然后单击执行。
}((P)\s
oz%{D@CF 旋转显示器，你会看到 X 轴上的光束比 Y 轴上的光束要大得多。
ny0 ]Q@
xx G>Leml 纠正这个问题，需要在表面3上添加一个柱面透镜。在 WS 中，选择该表面，单击曲率对话框按钮，然后选择复曲面或柱面按钮，并给出 Y-Z 半径10毫米和 X-Z 半径0。单击 OK 按3钮并关闭对话框。
<Wd_m?z
RSx{Gb d4X 现在我们在表面3上有一个柱面，但是我们必须调整它的参数，使表面4上的光束半径在 X 方向和 y 方向上相同。
/2cn`dR, 创建一个新的宏。我们不希望光束太陡，所以我们要求后焦厚度由3mm 增加到33mm。宏如下：
F jW%M;H - PANT
- VY 2 RAD
- VY 3 RAD
- VY 3 TH
- END
- AANT
- M 33 1 A TH 3
- M 7 1 A P YA 0 0 1 0 4
- M 7 1 A P XA 0 1 0 0 4
- END
- SNAP
- SYNO 10
运行这个宏之后，将创建一个新的 RPER 绘图。光束在表面4确实是圆形的。
xiVbVr#[
%6x3 G 但它还没有像我们希望的那样进行准直。在 WS 末尾添加另一个镜片。
Pk6_ 1 LV
%r@:7/ 我们将在表面5上，使用非旋转对称的 kinoform 曲面，形状为 USS 25。创建一个检查点，在 WS 中选择该表面，然后再次打开曲率对话框。USS 选项如下
4 g8 t 如下所示，你必须从一个平面开始改变一个 USS 形状。点击平面按钮，然后点击 USS 按钮。当一个新的对话框打开时，选择类型25 扩展 DOE，并单击确认和关闭按钮。
) >N=B 2P
H|3CZ=U? 我们希望输出的光束是准直的，添加表面 7，并使
系统设置为无焦。
(rQ)0g@ 建立一个新的 MACro
>ktekO:H - PANT
- VY 2 RD
- VY 3 RD
- VY 4 RD
- VY 3 TH
- VY 5 G 16
- VY 5 G 17
- VY 5 G 18
- VY 5 G 19
- VY 5 G 20
- VY 5 G 21
- VY 5 G 24
- VY 5 G 25
- VY 5 G 26
- VY 5 G 27
- VY 5 G 28
- VY 5 G 29
- VY 5 G 32
- VY 5 G 33
- VY 5 G 34
- VY 5 G 35
- VY 5 G 36
- VY 5 G 37
- END
- AANT
- M 0 10 A P HH 0 0 1 0 5
- M 7.0 1 A P YA 0 0 1 0 5
- M 7.0 1 A P XA 0 1 0 0 5
- GNR 0 .1 9 P
- GNO 0 .1 9 P
- END
- SNAP
- SYNO 22
这将改变新 DOE 的系数，在 X 方向和 Y 方向上保持光束半径等于7mm，要求边缘
光线出射角为零，并纠正横向色差和 OPD 像差。这个过程收敛得很好——但是第2个镜片太薄了，所以将厚度增加到3mm，并再次运行
优化。以下是我们的设计：
16"L;r
[4-u{Tu 输入 MDI 设置一个光瞳波前图，按0.1波长/英寸的比例画图。结果显示误差小于1/10波。
} : T }N]
wsj5;(f+
+D?Re%HI 我们还没考虑过强度衰减问题。这是一个激光二极管，我们假设强度分布是高斯的。让我们检查一下光通量。在命令窗口输入 FLUX 20 P 6
= j@8/
SJ lL!<i$ 光通量的下降完全符合我们的预期。现在我们需要解决照度均匀的问题。
G{.A 5{ 但是我们在第13课中解决过这个问题，所以我们让学习者自己去操作完成后面的练习。
+$R%Vbd 我们这节课的宏如下所示。
b(A;mt# N - RLE
- ID LASER DIODE BEAM CONVERTER 2434 MERIT 0.202029E-04
- LOG 2434
- WA1 .4030000
- WT1 1.00000
- APS 1
- AFOCAL XPXT
- EPUPIL
- UNITS MM
- OBG 0.0008644 1. 0.0003868
- 0 AIR
- 1 CV 0.0000000000000 TH 9.14848864 AIR
- 2 CV 0.0868899628935 TH 1.00000000
- 2 GLM 1.60000000 50.00000000
- 3 CV 0.1150730958709 TH 30.13218529 AIR
- 3 TORIC 0.00000000
- 4 CV 0.0405917229030 TH 3.00000000
- 4 N1 1.62117979
- 4 GID 'GLM-NdVd '
- 4 PIN 2
- 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
- 5 USS 25
- CWAV 0.632800
- HIN 1.500000 55.000000
- RNORM 1.00000
- 5 XDD 1 1.2488956E+00 -3.3430350E-02 -4.8801165E-05 2.3986731E-06 -6.1541865E-08
- 5 XDD 2 5.6129758E-10 0.0000000E+00 0.0000000E+00 -5.9233478E+00 -4.6744410E-02
- 5 XDD 3 -3.7078023E-05 -2.2003760E-06 3.6721484E-08 -4.9776438E-10 0.0000000E+00
- 5 XDD 4 0.0000000E+00 -7.0629761E-02 -4.0279060E-05 5.1724603E-07 -6.0078137E-05
- 5 XDD 5 1.4720853E-06 -1.2222347E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
- 6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
- 7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
- END
