課程四十六：一個
激光二極管光束整形器 +
$k07mb\ 這節(jié)課將展示如何設(shè)計從一個激光二極管到一個圓形準直光束的
光學轉(zhuǎn)換器。我們從一個典型的激光二極管的規(guī)格開始，它在 X 方向和 Y 方向上有不同的發(fā)散角，設(shè)計任務比較復雜。以下是我們的設(shè)計規(guī)格:
c+szU}(f6( Y 方向的光束發(fā)散度: 8.5°
tpv?`(DDU X 方向的光束發(fā)散度: 19°
> [Xm|A# 波長為0.403um
pu\b`3C( 我們將使用 OBG 命令，它需要高斯束腰半徑作為
參數(shù)。首先我們要把發(fā)散角轉(zhuǎn)換成半徑值。
|x1$b 7 在用戶手冊的3.1.2節(jié)中，我們了解到該程序利用公式將光束半徑轉(zhuǎn)換為發(fā)散角
fl!mY CPv DIV = WAV(p) M2 / π WAIST No
98D{{j92 WAIST = WAV(p) M2 / π DIV No
hVlyEsLg 從這里我們得到了 y 方向的 GWR = 0.0008644和 x 方向的 GWR =0.0003868。現(xiàn)在我們創(chuàng)建 RLE 文件。在 EE 編輯器中鍵入 RLE 文件
Z 7`5x - RLE
- ID LASER DIODE BEAM CONVERTER
- UNI MM
- WA1 .403
- OBG 0.0008644 1 .0003868
- 1 TH 20
- 2
- END
然后運行這個宏，你會得到一個結(jié)構(gòu)簡單初始結(jié)構(gòu)。
tH-gaDj_
.(`(ch Ra} 很容易看出光束在 X 方向上與在 Y 方向上的差異:
o&CghF 在命令窗口輸入 BEAM 和 XBEAM
q:xtm?'$ 表面2上的 GBR 在 Y 方向上比在 X 方向上小得多，我們的第一個任務是把這個差異消除掉。我們需要在光束的中心插入一個
透鏡。在工作表中，制作一個檢查點，然后單擊 WS 工具欄中的插入元件按鈕
。然后點擊 PAD 顯示器靠近中心的位置，程序?qū)⒃谠撐恢锰砑右粋�鏡片。
QH& %mr.S 我們來看看光束輸出的形狀。輸入 MPE，選擇旋轉(zhuǎn)透視選項，并在光束邊緣顯示一個圓形圖案，用紅色表示。然后單擊執(zhí)行。
I etCMp 旋轉(zhuǎn)顯示器，你會看到 X 軸上的光束比 Y 軸上的光束要大得多。
? 2H{^\<(e 糾正這個問題，需要在表面3上添加一個柱面透鏡。在 WS 中，選擇該表面，單擊曲率對話框按鈕
，然后選擇復曲面或柱面按鈕，并給出 Y-Z 半徑10毫米和 X-Z 半徑0。單擊 OK 按3鈕并關(guān)閉對話框。
0v;ve 現(xiàn)在我們在表面3上有一個柱面，但是我們必須調(diào)整它的參數(shù)，使表面4上的光束半徑在 X 方向和 y 方向上相同。
'*8 創(chuàng)建一個新的宏。我們不希望光束太陡，所以我們要求后焦厚度由3mm 增加到33mm。宏如下：
jIKBgsi F/ - 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
運行這個宏之后，將創(chuàng)建一個新的 RPER 繪圖。光束在表面4確實是圓形的。
cL6 6gOEL 但它還沒有像我們希望的那樣進行準直。在 WS 末尾添加另一個鏡片。
1UC2z M" 我們將在表面5上，使用非旋轉(zhuǎn)對稱的 kinoform 曲面，形狀為 USS 25。創(chuàng)建一個檢查點，在 WS 中選擇該表面，然后再次打開曲率對話框。USS 選項如下
6!*K/2:O 如下所示，你必須從一個平面開始改變一個 USS 形狀。點擊平面按鈕，然后點擊 USS 按鈕。當一個新的對話框打開時，選擇類型25 擴展 DOE，并單擊確認和關(guān)閉按鈕。
|p;4dL 我們希望輸出的光束是準直的，添加表面 7，并使
系統(tǒng)設(shè)置為無焦。
LOe4c0C6Ca 建立一個新的 MACro
:RPVT,O} - 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
這將改變新 DOE 的系數(shù)，在 X 方向和 Y 方向上保持光束半徑等于7mm，要求邊緣
光線出射角為零，并糾正橫向色差和 OPD 像差。這個過程收斂得很好——但是第2個鏡片太薄了，所以將厚度增加到3mm，并再次運行
優(yōu)化。以下是我們的設(shè)計：
h!QjpzQe 輸入 MDI 設(shè)置一個光瞳波前圖，按0.1波長/英寸的比例畫圖。結(jié)果顯示誤差小于1/10波。
sc<kiL 
MY&<)|v\ 我們還沒考慮過強度衰減問題。這是一個激光二極管，我們假設(shè)強度分布是高斯的。讓我們檢查一下光通量。在命令窗口輸入 FLUX 20 P 6
ki#y&{v9Be 光通量的下降完全符合我們的預期。現(xiàn)在我們需要解決照度均勻的問題。
[qSQ#Qzi2i 但是我們在第13課中解決過這個問題，所以我們讓學習者自己去操作完成后面的練習。
,bxz]S1W 我們這節(jié)課的宏如下所示。
C:Vv!u - 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
