半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(laserdiode，LD)以其(qi)體(ti)(ti)積小效率高易于集成可(ke)(ke)(ke)高速(su)直(zhi)接(jie)調制等優點(dian)，被廣泛用于激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)測(ce)量(liang)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)照(zhao)明激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)制導(dao)(dao)(dao)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)打(da)印以及高密(mi)度(du)(du)信(xin)息記錄與(yu)讀取等領域(yu)。但是半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器發射的激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束具(ju)有在垂直(zhi)和平行于結平面(mian)(mian)兩(liang)個(ge)方(fang)向(xiang)發散(san)角(jiao)不同光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)斑形狀不規則(如一般(ban)是橢圓型或(huo)長條型)存在固(gu)有像散(san)等缺點(dian)，這使得半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)3維掃(sao)描成像雷(lei)達(da)的測(ce)程(cheng)測(ce)距精度(du)(du)大(da)大(da)受影響，為(wei)了(le)適用于遠距離空間(jian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)測(ce)距，必須對(dui)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)發散(san)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束進行準直(zhi)作者(zhe)主要采用橢圓面(mian)(mian)柱透鏡對(dui)905nm的半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)做準直(zhi)整(zheng)形處理(li)，使得激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的發散(san)角(jiao)盡(jin)可(ke)(ke)(ke)能的小，接(jie)收物體(ti)(ti)表面(mian)(mian)的激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)斑盡(jin)可(ke)(ke)(ke)能的小，而且規則，從而達(da)到提高測(ce)程(cheng)和測(ce)距精度(du)(du)的目的。

1. 理論分析及計算

采用OSARM公司的型號為SPLLL90_3的半導體激光器查看使用說明書得到:SPLLL90_3型號的半導體激光器在弧矢(平行于結平面)方向上的發散角θ//=15°，在子午(垂直于結平面)方向上的發散角θ⊥=30°，整個激光器的峰值功率為70W。

半(ban)導體(ti)激光(guang)器有源(yuan)區(qu)只(zhi)有約0.1μm～0.2μm的(de)(de)(de)厚度(du)，可以近似看作沿慢軸方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)線光(guang)源(yuan)根據半(ban)導體(ti)激光(guang)束兩(liang)個(ge)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)發散角不同的(de)(de)(de)特點，采用兩(liang)個(ge)互相垂直(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)柱透(tou)鏡(jing)組分別對兩(liang)個(ge)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)光(guang)束進行準直(zhi)(zhi)，選(xuan)用的(de)(de)(de)兩(liang)個(ge)柱面鏡(jing)面型(xing)為(wei)橢圓面。

如圖1所示，半導體激光器發出的子午光線先經過母線平行于激光束慢軸方向的柱透鏡后變成準平行光束（平行光束不可能實現）由于第2個柱透鏡M2對于子午光線的發散角無影響，可看作平板玻璃圖2顯示弧矢光線經過第1個透鏡M1時，光束會發生偏移，但不會影響光束的發散角，在經過第2個柱透鏡時，弧矢光也同樣得到準直，輸出準平行光。

設兩個柱透鏡的厚度分別為d和d'，柱透鏡的折射率為n，激光器到第1個柱透鏡的平面側的距離為L，激光束的發散半角分別為θ1/2∥和θ1/2⊥。下面將激 光器看作一個點光源，運用幾何光路原理分別對子午 光線和弧矢光線進行準直計算。

設兩個柱透鏡的厚度分別為d和d'，柱透鏡的折射率為n，激光器到第1個柱透鏡的平面側的距離為L，激光束的發散半角分別為θ1/2∥和θ1/2⊥。下面將激 光器看作一個點光源，運用幾何光路原理分別對子午 光線和弧矢光線進行準直計算θ1/2∥。

......

子午方向和弧矢方向的光束基本集中在半徑為10mm的光斑范圍內，兩個方向的光束分布與標準高斯曲線分布基本吻合，且在10m處，接收面上激光總 功率為54W左右。

3. 結論 

用兩個相互垂直的橢圓面柱透鏡對波長為905nm的半導體激光器進行準直模擬設計。根據幾何光路原理推導了計算公式，并在MATLAB中反復計算，得到了準直系統的初始參量。然后在ZEMAX設計軟件中，將初始參量進一步優化，得到更好的結構。通過優化，得到的激光束在弧矢和子午方向上的發散角分別為3.6mrad 和4.4mrad，10m處接收到的激光總功率為54W，激光能量大多集中在半徑為10mm的光斑范(fan)圍內(nei)，基本可以滿足3維掃描雷達的要求。同(tong)時證(zheng)明了橢圓(yuan)柱透(tou)鏡對激光準直有很(hen)好的作(zuo)用。

鑒(jian)于篇幅，本文(wen)僅(jin)為節選（激光技術，第36卷 第3期）。

相關鏈接：//szdcj.net/show/400.html    //szdcj.net/show/366.html