激光二极管光束整形技术讲解
采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量
第19卷 第12期强激光与粒子束Vol.19,No.12 2007年12月HIGH POWER L ASER AND PAR TICL E B EAMS Dec.,2007 文章编号: 100124322(2007)1221951204采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量3刘 波, 张 雪, 赵鹏飞, 李 强(北京工业大学激光工程研究院,北京100022) 摘 要: 基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上,相邻单元的出射光波长有微小的差异。
从外腔耦合镜输出近似平行的光束,其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。
实验中采用发光单元宽度为100μm 、填充因子为0.5、由49个单元构成的1cm 阵列获得功率为2.39W 的输出光束,其光谱宽度为27nm ,远场光斑的直径为0.08mm ,对应的远场发散角为1.2mrad ,其光束质量因子约为28,与单个发光单元的光束质量相当。
关键词: 二极管激光阵列; 光谱光束组合; 多波长光束组合; 衍射光栅; 光束质量 中图分类号: TN248 文献标识码: A 二极管激光阵列(DL A )以其体积小、效率高、成本低、寿命长等优点,广泛应用于材料加工、医疗、自旋交换光泵浦、泵浦固体激光器和光纤激光器等领域。
但是DL A 固有的光束质量差、相干性差的缺陷严重地限制了其进一步应用。
目前,商用DL A 输出光束在快轴方向的光束质量因子M 2接近于1,在慢轴方向的光束质量因子M 2超过2000[1],自由运转时的光谱峰值半宽一般为2～3nm 。
大功率二极管激光阵列通过改善输出光的光束质量,获得近衍射极限的输出光束,可直接作为系统的光源,其应用范围必将大大扩展。
采用光束整形[223]的方法可以改善DL A 的光束质量,但是这种方法是依靠均衡快慢轴的光参数积来改善光束质量,不能得到近衍射极限的输出光束。
光束整形方式的原理和应用
光束整形方式的原理和应用光束整形是一种通过特定的光学元件来调整光束的形状和分布的技术。
其原理通常基于反射、折射、散射、吸收等光学效应。
光束整形的原理主要基于以下几种方法：1. 透镜：透镜可以通过改变光束的聚焦、散焦和分布属性来实现光束整形。
常见的包括凸透镜和凹透镜，它们可以改变入射光束的弯曲程度和分布。
2. 棱镜：棱镜的作用是改变光束的方向和折射角度，从而实现光束整形。
通过选择合适的棱镜形状和折射率，可以实现光束的偏转、分离和聚焦。
3. 光栅：光栅是一种具有周期性结构的光学元件，通过改变光栅的周期和方向，可以对光束进行周期性调制和分布控制。
光栅可以用于光束分光、光束合束和光束整形等应用。
4. 光波导：光波导是一种通过改变光的传播路径和介质分布来实现光束整形的元件。
常见的光波导包括光纤和波导板，它们可以通过调整光的导模器式和波导结构来实现光束的整形和分布控制。
光束整形在许多应用领域中都有广泛的应用，其中包括但不限于：1. 激光加工：光束整形可以用于调整激光束的形状和分布，从而实现对材料的精确加工和切割。
例如，通过光束整形可以将激光束聚焦成小的点状光斑，用于微细加工和雕刻。
2. 光通信：光束整形可以用于优化光纤通信系统中的光束耦合和传输特性，从而提高通信质量和效率。
通过光束整形可以减小光纤之间的耦合损耗和信号失真。
3. 显示技术：光束整形可以用于调整和控制显示器中的光源，从而实现图像的均匀亮度和分辨率。
例如，在投影仪中使用光束整形可以实现对光源的聚焦和对光线的分布控制。
4. 生命科学：光束整形可以用于生物医学成像和激发荧光等应用。
通过调整光源的形状和分布，可以实现对生物样品的精确照射和成像。
总之，光束整形是一种通过调整光束的形状和分布来实现光学控制的技术，具有广泛的应用前景。
光束整形方式的原理和应用
光束整形方式的原理和应用1. 引言光束整形是一种常用的光学技术，主要用于控制光束的形状、尺寸和分布。
本文将介绍光束整形的原理和在不同领域中的应用。
2. 光束整形的原理光束整形主要通过光学器件来改变光束的传播特性。
以下是几种常用的光束整形方式：•透镜整形：透镜是用于集束和发散光束的常见光学器件。
凸透镜可用于集束光束，使其变得更加聚焦和密集。
凹透镜则可用于发散光束，使其变得更加散开和扩散。
•掩膜整形：掩膜是一种具有特定孔径和形状的光学器件。
通过选择不同形状和大小的孔径，可以控制光束的形状和尺寸。
•光栅整形：光栅是一种光学器件，具有具有一系列平行的条纹或孔径的结构。
光栅通过衍射和干涉的原理，可以对光束的相位和振幅进行调整，从而改变光束的形状和分布。
3. 光束整形的应用光束整形在许多领域中都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：3.1 激光加工光束整形在激光加工中起着关键作用。
通过调整光束的形状和分布，可以实现对材料的精确加工和切割。
例如，使用透镜整形可以将光束聚焦到非常小的区域，提高加工的精度和效率。
3.2 光通信光束整形在光通信中也扮演着重要角色。
通过控制光束的形状和分布，可以优化光信号的传输和接收效果。
例如，使用掩膜整形可以调整光束的角度和方向，减少光信号的衰减和失真。
3.3 医学影像在医学影像领域，光束整形可以用于改善医学图像的质量和清晰度。
通过调整光束的聚焦和散射特性，可以获得更准确的医学影像结果。
特别是在激光扫描显微镜和光学相干断层扫描成像等高分辨率成像技术中，光束整形起着至关重要的作用。
3.4 激光打印光束整形也被广泛应用于激光打印技术中。
通过控制光束的形状和强度分布，可以实现对打印质量和速度的优化。
例如，使用光栅整形可以调整激光束的相位和振幅，从而实现高分辨率的激光打印效果。
4. 结论光束整形是一种重要的光学技术，它可以改变光束的形状、尺寸和分布。
在激光加工、光通信、医学影像和激光打印等领域中，光束整形都发挥着关键作用。
激光光束整形技术
有一组满足上式的解，形式为： 其中d是两镜之间的距离， n是镜子的折射率， 是光迹函数。 正号代表伽利略式，负 号代表开普勒式。
上面的光束整形，主要是光强分布的变化，对于光斑形 状的变换相对简单。 对于我们扫描所需要的线状光束，可以通过使用两个柱 面镜实现：
如果要得到光强均匀分布的线状光束，需要使用非球面柱 面镜来实现，这需要将前面光强分布变换和光斑形状变换 两部分结合起来，具体解法需要时间看懂光束整形里的数 学。 光束整形器目前市场上已经有产品出售，是进口的，在 中国有代理，价格大约是3000欧元。
激光光束整形技术
南开大学
对于光纤、YAG、CO2激光器等，出射的（单模）激光截 面为圆形，光强分布为：
其中阴影部分的能量最多只能达到总能量的0.37。 对于半导体、准分子激光器，出射的激光为方形，多模 的方向认为光强分布均匀，垂直的单模方向的光强分布 为：
其中阴影部分的能量最多只能达到总能量的0.48。
这种方式可以做到没有能量的 损失。
第三种multi-aperture beam integrator， 整形装置由微透镜阵列和一个普通透镜 组成，微透镜阵列将入射光场分割为若 干子束，这些子束在经过普通透镜汇聚 后，在所需位置处再叠加起来，从而得 到均匀光束。
这种整形方式比较适用于空间相干性比较差 的多模激光，同样可以做到能量没有损失。
还有其它的一些方式可以做到 均匀出射，比如双折射透镜组， 双透镜+柱镜等。
Field mappers
考虑入射高斯光束为TEM00模，光强空间分布为
出射光束为平定光，有三种选择方式： 费米狄拉克函数： 超高斯函数： 平坦高斯函数：
上面三个函数取合适的 参数时都是阶跃函数的 很好的近似。
激光二极管光束整形技术讲解
文章编号:100123806(20030420357205激光二极管光束整形技术郭明秀1沈冠群2陆雨田1(1中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800(2上海市激光技术所,上海,200233摘要:阐述了对LD 输出光束进行整形的必要性。
在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价。
关键词:激光二极管;激光二极管阵列;光束整形;拉格朗日不变量中图分类号:TN24814文献标识码:AThe technology of laser diode beam shapingGuo M i ngxi u 1,S hen Guanqun 2,L u Y utian 1(1Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ,the Chinese Academy of Science ,Shanghai ,201800(2Shanghai Institute of Laser Technology ,Shanghai ,200233Abstract :This paper introduces the necessity of beam shaping for LDA beam.S ome typical beam shaping methods ’shaping principles ,key techniques and shaping effects are areanalyzed ,compared and assessed for the first time.K ey w ords :laser diode (LD ;laser diode array (LDA ;beam shaping ;Lagrange invariant作者简介:郭明秀,女,1975年11月出生。
硕士。
现从事半导体泵浦固体激光器及半导体激光器光束整形的研究工作。
用于半导体激光器的棱镜整形方法
用于半导体激光器的棱镜整形方法半导体激光器是一种常用的光学器件，其具有小体积、低功耗和高效率的特点，广泛应用于光通信、医疗器械、激光打印等领域。
在实际应用中，为了获得更好的激光光束质量和调节激光光束的形状，需要对激光光束进行整形。
棱镜整形方法是一种常用的激光光束整形方法，本文将详细介绍该方法的原理、优缺点以及应用案例。
棱镜整形方法是指通过在激光器输出光束前放置一组棱镜，通过棱镜的折射、反射和总反射等效应，实现所需光束的整形。
具体来说，棱镜整形方法可以将初始的高斯光束转换为扁平、或者圆形、或者其他形状的光束。
棱镜整形方法的优点之一是可以灵活调节光束的形状。
通过选择适当的棱镜形状、尺寸和排列方式，可以实现对光束的精确调节。
例如，使用准直棱镜可以将初始的激光光束变为平坦的光束，适用于一些需要平行光束的应用场合；使用聚焦棱镜可以将初始的激光光束聚焦为较小的尺寸，适用于高精度的激光切割和焊接等应用。
此外，棱镜整形方法还可以提高激光器的光束质量。
由于激光器输出的光束往往会因为自发辐射或其他因素的干扰而失去高斯光束的良好性质，棱镜整形方法通过调整光束角度、形状和尺寸，可以改善光束的光学质量。
这对于一些对光束质量要求较高的应用非常关键。
然而，棱镜整形方法也存在一些缺点。
首先，由于棱镜在光束传输中也会吸收和散射部分光能，因此会损耗部分能量，导致激光器的输出功率降低。
其次，棱镜整形方法对光束的整形效果依赖于棱镜的材料和制造工艺，因此需要对棱镜进行精密加工和表面处理，增加了生产成本。
另外，棱镜整形方法对光束的整形效果也会受到温度、压力和湿度等环境因素的影响。
最后，棱镜整形方法在实际应用中有许多成功的案例。
例如，在光通信领域，使用棱镜整形方法可以将激光光束整形为扁平的横截面，以适应光纤传输的需求；在医疗器械领域，使用棱镜整形方法可以将激光光束聚焦成较小的尺寸，用于眼科手术等高精度治疗过程。
此外，棱镜整形方法还广泛应用于激光打印、激光切割、激光焊接等领域，为这些应用提供了高质量的激光光束。
提高半导体激光二极管功率密度的光束整形方法
摘要：针对半导体激光二极管由束散角大(14°~46°)导致的激光功率密度在传播过程中不断衰减的
问题，提出了一种提高激光功率密度的光束整形方法。首先以X型柱面平凸透镜和『型柱面平凸透 镜对激光二极管输出光束慢轴和快轴方向进行准直，然后通过一对平凸透镜组合进行扩束，进一步提
高光束平行度，最后由单片平凸透镜将光束聚焦为高功率密度的光点。采用Light Tools软件仿真光 路、优化光学元件参数，对光学元件进行实际选型后安装并调试光束整形系统。测试结果表明：半导
0805010-1
二极管(LD)出射光线单色性好、功 率高、结构简单、重量轻，被应用于军事、工业制造以 及航天航空等领域。LD出射光束光轴不对称且存在 束散角，横截面光强分布满足高斯分布it,需对输 出光束进行整形aw。
LD光束整形技术根据光线传播方式主要分为 三类:折射法、反射法、衍射法。折射法通过调节透镜 曲率半径改变折射光束与入射光束的夹角实现光束 整形。赫瑞瓦特大学Howard J Baker采用单透镜对 光束进行整形，将单透镜表面加工为曲面形状。经单 透镜折射，出射光束横截面形状成为正方形或长条 形，该方法适用于高强度的现代光纤激光器同。反射 整形法借助全反射光学元件对光束在快轴、慢轴方 向上的宽度进行调整。南安普顿大学光电研究中心 Clarkson等人提出采用两个高反平面镜实现快、慢 两个方向光束质量因子的均衡，将光束按照镜间错 位距离分割、分段重排。然而，该方法使得光束在整 形器中传播时相邻光束会发生部分重叠，对亮度提 高有限制。衍射整形法可实现光束能量的均匀分布， 具备更大的自由度，二元光学元件设计灵活、对波前 控制更为精确吟“。中国科学院长春光学精密机械与 物理研究所刘华使用衍射光学元件调制光束的振幅 和相位，对单片折射透镜进行离子刻蚀，使之成为折 衍混合元件，实现光束的整形和聚焦曲。
光束整形方式的原理和应用
光束整形方式的原理和应用光束整形（beam shaping）是通过改变光束的空间分布和/或光强分布来控制光束的形状和性质的技术。
在光束整形中，我们可以通过使用透镜、反射器、光波导等光学元件来改变光束的传播性质。
光束整形技术具有广泛的应用，包括激光加工、医学诊断、通信和光学成像等领域。
本文将介绍光束整形的原理和一些常见的应用。
光束整形的原理基于光学元件对入射光线的调控。
通过选择透镜的曲率和形状，可以将光束聚焦为点状、线状或是任意形状的分布。
透镜的曲率半径越小，聚焦效果越好。
透镜的不同曲率和形状还可以使光束具有不同的球差、色差和像差等特性。
反射器能够改变光线的方向，例如平面反射镜、曲面反射镜和光学棱镜等，可以将光束进行反射、折射和偏转。
光束整形技术中常用的一种方法是使用光波导，它能够将光束限制在一个特定的空间内，从而有效地改变光束的形状和传播特性。
光束整形技术在激光加工中具有重要的应用。
通过调整激光的光束形状和分布，可以实现对工件的精密加工。
例如，在激光切割领域，通过将光束整形为线状分布，可以获得更高的切割速度和更小的切割缝隙。
在激光焊接过程中，通过改变光束的分布和形状，可以实现对焊接接头的精确控制和调整焊接深度。
此外，在激光打标和激光雕刻中，光束整形技术可以通过调整光斑的形状和密度，实现对打标图案和刻印细节的控制。
光束整形技术也在医学领域中得到了广泛应用。
在激光治疗中，通过光束整形可以精确照射到患者体内的特定组织，从而实现对肿瘤和其他疾病的治疗。
光束整形技术还可以用于眼科手术中，例如激光角膜矫正手术中，通过调整激光的分布和形状，可以实现对角膜曲率的调整，从而改善近视、远视和散光等视力问题。
除了医学和激光加工领域，光束整形技术还在光学通信中得到了广泛应用。
在光纤通信中，光束整形可以用于精确定位和调整入射光束的聚焦效应，从而提高光纤的传输效率和数据传输速率。
光束整形技术还可以用于无线通信中，通过改变光束的形状和分布，可以实现对光信号的调制和解调，从而实现高速、稳定和精确的通信。
大功率激光二极管阵列光束整形技术综述
大功率激光二极管阵列光束整形技术综述
孔媛媛
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】大功率激光二极管阵列相对于其他同等功率水平的传统激光器有很多突出的优点,但由于其输出光束质量差,影响了它的直接应用,因此大功率激光二极管阵列的光束整形技术成了人们关注的一个热点问题,该文介绍了光束整形的原理并对近年来商业中常用的光束整形技术进行了分析评估.
【总页数】4页(P56-59)
【作者】孔媛媛
【作者单位】西安电子科技大学技术物理学院,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.非对称折射型微透镜阵列对高功率二极管激光器的光束整形 [J], 崔锦江
2.一种用于大功率激光二极管阵列的温度控制电路 [J], 李龙骧;王亮;刘芳;李刚;杨爱粉
3.激光二极管光束整形技术 [J], 郭明秀;沈冠群;陆雨田
4.大功率LD阵列光束整形技术研究 [J], 孔媛媛;曾晓东;安毓英
5.大功率激光二极管阵列正向特性研究 [J], 杨红伟;张世祖;陈玉娟;家秀云
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新型激光二极管列阵光束整形方法_吴芃
图 3 实验 装置示意图 Fig.3 Diagram of experimental set
因为 LDA 输出光束快轴方向的发散角很大 , 慢 轴方向存在不发光区 , 所以在进行光束重排之前 , 必须先进行发散角的压缩 。 本文选用德国 LIMO 公 司生产的快慢轴准直微透镜组进行快慢轴两个方向 发散角的压缩 。 压缩后 , 测得输出功 率为26.5 W , 快轴方向发散角0.21°、 束腰直径0.85 mm , 慢轴方向 的发散角为5.37°, 计算得 到未进行 光束重排 前的 LDA 的 BPPfast值约为0.075 mm·mrad , BPPslow值约为 222.5 mm·mrad , 在本实验中选择把慢轴方向的光束
值得指出的是 , 在式 (6)中光束反射而产生的位
移量 Δx 需要满足
(Δ2dx)4 -(4n2 -2)(Δ2dx )2 +1 ≥0
(8)
具体到本实验 ,
此条件变为
Δx 2d
≤0.38 ,
Δx ≤
1.52 , 即说明选取的 Δx , 即切割后的光束之间的
间距 , 不能太大 , 否则无法找到合适的入射角度达
Δx =2dtan(θx′)cos(θx)
(2)
Δy =2dtan(θy′)cos(θy)
(3)
根据折射定律, θx , θx′, θy , θy′满足以下关系
nsin θx′=sin θx
(4)
nsin θy′=sin θy
(5)
同理 , 子光束 3 , 4 , 5 , 6 和 7 分别在整形镜
中反射 2 、 4 、 6 、 8 、 10 次 , 从 而在 x 方 向产 生
52 半导体技术第 35 卷第 1 期
改善高功率激光二极管阵列光束质量的一种新方法
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苏宙平等：改善高功率激光二极管阵列光束质量的一种新方法
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透过率均未能达到近 !""# ， 在增大抽运电流时， 激 光二极管阵列本身产生激光振荡抑制了外腔反馈效 应$
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图% 光束 &’’ 随工作电流的变化
论
本文根据波导模理论， 推导了高功率激光二极 管远场分布， 根据其分布特点， 设计了一种离轴外 在工作电流为 !, ) 时， 光束的束 腔 $ 运用这种外腔， 宽积 从 自 由 运 转 时 的 !!"" //・ /012 减 小 到 ・ 二极管阵列的光束质量提高了 4.( 倍 !34 // /012， 左右， 输出功率约为自由运转时的 ,(# $ 加外反馈 时， 随电流的提升， 光束质量变差主要是由于激光二 极管阵列的输出表面透过率以及半波片的透过率均 未能达到近 !""# ， 在增大抽运电流时， 激光二极管 阵列本身产生激光振荡抑制了外腔反馈效应 $
二极管激光平行光管
二极管激光平行光管二极管激光平行光管是一种光学元件，主要用于产生平行光束。
它由二极管激光器和光学系统组成，具有高亮度、高稳定性和高平行度等特点。
本文将对二极管激光平行光管的工作原理、应用领域以及未来发展进行介绍。
首先，我们来了解二极管激光平行光管的工作原理。
二极管激光平行光管的核心是二极管激光器。
二极管激光器是一种利用半导体材料电流注入产生激光的器件。
在二极管激光器中，正向电流通过二极管结构，激活半导体材料中的电子和空穴。
当电子和空穴再结合时，会发生光致辐射，产生激光。
激光通过光学系统进行整形和聚焦，最终形成平行光束。
二极管激光平行光管的应用领域广泛。
首先，它常用于激光显示器和光通信系统中。
激光显示器需要高亮度和高稳定性的光源，而二极管激光平行光管正好满足这些要求。
光通信系统中，二极管激光平行光管可以作为发光二极管，用于发送激光信号。
其次，它也被应用于激光打印机、光刻机和光学测量仪器等领域。
激光打印机需要高质量的平行光束来实现高分辨率的打印，而二极管激光平行光管可以提供稳定的平行光束。
光刻机和光学测量仪器中，二极管激光平行光管可以用于光束整形和聚焦，提高系统的光学性能。
未来，二极管激光平行光管有望在更多领域发挥作用。
随着光学技术的不断发展，对平行光束的要求越来越高，二极管激光平行光管有望在光通信、光学传感、光储存等领域得到更广泛的应用。
同时，随着二极管激光器的性能提升和制造成本的降低，二极管激光平行光管的市场前景也将变得更加广阔。
总结一下，二极管激光平行光管是一种重要的光学元件，具有高亮度、高稳定性和高平行度等特点。
它的工作原理是利用二极管激光器产生激光，并通过光学系统形成平行光束。
二极管激光平行光管在激光显示器、光通信系统、激光打印机和光刻机等领域有广泛的应用。
未来，随着光学技术的进一步发展，二极管激光平行光管有望在更多领域发挥作用，并取得更大的市场份额。
高功率激光器的使用技巧与光束整形调节方法
高功率激光器的使用技巧与光束整形调节方法激光技术作为一种高度聚焦、高能量密度的能源，已经在各个领域中发挥着重要的作用。
而在许多应用中，高功率激光器是不可或缺的工具。
然而，使用高功率激光器并非易事，一些技巧和方法的灵活运用相当关键。
同时，为了使激光能够更好地适应不同应用场景，光束整形调节也是十分重要的。
首先，我们来探讨一些高功率激光器的使用技巧。
使用激光器时，我们首先要确保操作者的安全。
由于高功率激光器蕴含着较高的能量，防护措施至关重要。
操作人员在使用高功率激光器时应佩戴适当的个人防护设备，如护目镜或者防护面具，以避免激光照射对眼睛造成伤害。
其次，合理的激光器使用环境也是必不可少的。
在激光器使用过程中，需要提供稳定的电力供应和低噪声的环境。
高功率激光器通常要求较大的电能，因此稳定的电力供给是保证其正常运行的前提。
对于工业应用而言，还需要保证在使用激光器时不影响其他机械设备的运行，并且减少环境噪音的干扰。
另外，高功率激光器在使用过程中，还需要注意激光照射的光路径和光束的稳定性。
由于激光是一种高度聚焦的能量，激光器使用者应该仔细调整光路，使之尽量保持平稳。
需要检查激光束是否与其他光学元件相互对准，确保光束质量的最大利用。
同时，尽量避免发生光束的散射现象，以免影响到激光器的功率传输。
在高功率激光器的使用过程中，光束整形调节也是非常重要的。
光束整形是指对激光器输出的光束进行控制和调节的一种方法。
通过合理的光束整形，可以使光束具有更合适的形状和特性，以适应不同领域中的应用需求。
一种常见的光束整形方法是使用透镜进行焦聚。
透镜可以将激光束聚焦，使其通过变换焦距来改变光束的流向和孔径。
这样就可以根据具体需要使光束形状更加稳定和集中，提高激光器的功率和效果。
除了透镜，还有其他的光束整形方法，如光栅衍射、光纤耦合和棱镜组合等。
光栅衍射可以改变光束的波长和方向，通过选择适当的光栅参数，可以将光束进行特定角度的衍射，实现对光束形状的控制。
激光二极管光束基础控制及其特征
激光二极管光束基础控制及其特征1. 介绍1.1 激光二极管光束的定义与特征激光二极管是一种电光转换器件，其特点是尺寸小、发光效率高、功率低、寿命长。
激光二极管光束是该器件通过特定工艺处理后的输出光束。
激光二极管光束具有高单向性、光束发散度小等特点。
1.2 激光二极管光束控制的重要性激光二极管的应用领域广泛，如光通信、激光雷达、医疗美容等。
在不同应用场景下，对激光二极管光束的控制需求也不同。
了解激光二极管光束的基础控制方法及其特征，可以为不同应用场景下的系统设计和优化提供重要参考。
2. 激光二极管光束基础控制方法2.1 温控方法激光二极管的工作温度对光束的发散度有一定影响。
通过控制激光二极管的工作温度，可以实现光束的控制。
常见的温控方法有恒温控制和渐变温控。
2.2 电流控制方法激光二极管的输出功率与驱动电流有一定的关系。
通过调节激光二极管的驱动电流，可以实现对光束功率的控制。
常见的电流控制方法有恒定电流控制和脉冲电流控制。
2.3 光学控制方法光学控制方法主要通过对激光二极管光束的透镜系统进行设计和优化，实现对光束的聚焦、扩束等控制。
常见的光学控制方法有透镜组合、光栅等。
3. 激光二极管光束特征的分析3.1 光束发散度光束发散度是指光束从光源出射后的扩散程度。
激光二极管光束具有较小的发散度，可以实现远距离传输。
3.2 光束形状激光二极管光束的形状多种多样，如高斯光束、多模光束等。
光束形状对于不同应用场景具有重要影响，需要根据具体需求进行选择。
3.3 谐振腔长度激光二极管的谐振腔长度决定了光束的频率。
通过调节谐振腔长度，可以实现对光束频率的控制。
3.4 光束功率激光二极管的驱动电流决定了输出光束的功率大小。
可以通过调节驱动电流实现对光束功率的控制。
4. 结论激光二极管光束的基础控制方法包括温控、电流控制和光学控制等。
了解和掌握这些基础控制方法可以实现对激光二极管光束的有效控制。
此外，激光二极管光束具有发散度小、光束形状丰富、谐振腔长度可调和功率可控等特点，可以根据不同应用需求进行选择和优化。
激光光束的整形技术_林勇
·综合评述·激光光束的整形技术林 勇,胡家升(大连理工大学电子与信息工程学院,大连 116024)提要:本文简要概括了激光光束整形技术的发展和研究现状。
就几种典型的光束整形技术,如非球面透镜组整形、微透镜阵列整形、衍射光学元件整形、双折射透镜组整形、液晶空间光调制器和圆锥镜等整形技术作了分类评述和讨论。
介绍了各种整形的技术特点和实现方法,指出了这些整形技术尚待解决的一些问题,并展望了它们的可能应用领域和发展前景。
关键词:光束整形;高斯光束;强度分布均匀化,长焦深中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2008)06-0001-04Laser beam shaping techniquesLIN Yong ,HU Jia -sheng(S c hool of Electronics and Information Engineering ,D alian Univers ity of Technol ogy ,Dalian 116024,China )Abs tract :The development and the pres ent s tat us of laser beam s haping are summarized in this paper .Several t ypical techniques ,including the aspheric l ens -es ,the lenslet array ,the diffractive optical elements ,the birefringent l enses ,the liquid crystal spatial light modulator and the axicon ,are commentated .The characteristic and realization of each method is introduced ,existing proble ms in us e are dis cuss ed ,and pros pects are predicted .K ey words :beam shaping ;Gauss ian beam ;intensit y distri bution uniformization ;l ong focal depth收稿日期:2008-10-25作者简介:林勇(1976-),男,黑龙江七台河人,博士研宄生,主要从事衍射光学元件设计与应用方面的研究。
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文章编号:100123806(20030420357205激光二极管光束整形技术郭明秀1沈冠群2陆雨田1(1中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800(2上海市激光技术所,上海,200233摘要:阐述了对LD 输出光束进行整形的必要性。
在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价。
关键词:激光二极管;激光二极管阵列;光束整形;拉格朗日不变量中图分类号:TN24814文献标识码:AThe technology of laser diode beam shapingGuo M i ngxi u 1,S hen Guanqun 2,L u Y utian 1(1Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ,the Chinese Academy of Science ,Shanghai ,201800(2Shanghai Institute of Laser Technology ,Shanghai ,200233Abstract :This paper introduces the necessity of beam shaping for LDA beam.S ome typical beam shaping methods ’shaping principles ,key techniques and shaping effects are areanalyzed ,compared and assessed for the first time.K ey w ords :laser diode (LD ;laser diode array (LDA ;beam shaping ;Lagrange invariant作者简介:郭明秀,女,1975年11月出生。
硕士。
现从事半导体泵浦固体激光器及半导体激光器光束整形的研究工作。
收稿日期:2002212219;收到修改稿日期:2003201222引言激光二极管LD (laser diode 及其阵列LDA (laser diode array 的主要特点是高效、稳定、结构简单,可制成小体积全固化器件。
广泛应用于LD 泵浦的固体激光器、光纤激光器、材料处理、医药、航空航天等各个领域。
LD 由于其特殊的工作原理,其光束质量在垂直与平行于p 2n 结两个方向上相差很大。
通常把垂直于p 2n 结方向称为快方向,平行于p 2n 结方向称为慢方向。
快方向上的光束接近衍射极限(M 2≈1,发散角大;而慢方向上的光束质量则极差(M2>1000,发散角小。
正是由于这两个方向上的光束质量的极不均衡性使得LD 应用起来比较困难。
而且这样的快慢两个方向上光束质量相差很大的光束无法用一般的光学系统直接改善而达到高功率密度输出。
因此,LD 要获得更广泛的应用,必须采用光束整形方法,解决光束质量差、功率密度低的问题。
1光束整形技术的原理、关键技术1.1LDA 光束整形技术的原理假设d 为光源的尺寸,θ为其发散角,n 为所在介质的折射率,一个光源无论经过什么样的光学成像系统的变换,乘积L =d ×θ×n 始终保持不变,称之为拉格朗日不变量。
光束质量的评价一般采用M 2来表征,但通常也可采用拉格朗日不变量来表征。
由于通常的光学成像系统不能改变光束的拉格朗日不变量,因此,必须将LD 光束分割、旋转、重排,即光束整形,把慢方向上的拉格朗日不变量减小,同时使快方向上的拉格朗日不变量增加,达到均衡拉格朗日不变量,提高光束质量的目的。
图1LDA 光束重组的几种结果图1表示光束重排的几种结果(P 1~P 4[1]。
CSA 是LDA 发光区排列方式。
采用按微镜分割时,LDA 的发光区排列可看成像CS 一样,即在光束第27卷第4期2003年8月激光技术LASER TECHNOLO GYVol.27,No.4August ,2003分割中不用考虑节数、结间距PH ,光束分割数不受LDA 节数的限制,因此,可形成光束重排方式P 2且能像P 1一样地提高光束质量,这种分割使得光束整形器易于制作且成本低。
1.2关键技术光束快方向的准直和慢方向上光束质量的提高是整个光束整形的关键所在。
快方向上的发散角一般采用微柱透镜来调整,但由于发散角极大,用来准直的微柱透镜要求数值孔径比较大,几何尺寸很小。
制造一种性能好的微柱透镜在加工、设计、安装上都具有较高的难度。
降低慢方向上的拉格朗日不变量主要是由光束整形器实现的。
2主要的光束整形技术2.1光纤转换器(line 2to 2bundle convertingf iber[2]最简单的光束整形技术当属光纤转换器,瑞士伯尔尼大学(University of Berne 应用物理所的Zbinden 等人在LDA 端面泵浦的Nd ∶Y L F 调Q 激光器中采用了这一技术。
其原理如图2,采用光纤阵列将光束按LDA 横模进行分割,将光纤在靠近LD的一端排成线阵列,另一端则人为排成束状。
图2光纤转换器的原理图该种方案中提高耦合效率的方法主要有:(1在光纤转换器的输入端连续排列光纤;(2光纤转换器输入和输出端面镀AR 膜;(3先用微柱透镜将LDA 的快方向进行准直再耦合进光纤,这样得到的光束空间发散均匀。
另外可通过面阵列或将单个LDA 的光纤转换器的输出端面再捆绑在一起达到高功率的目的,但是这样并不能提高泵浦光的亮度。
2.2渐变折射率透镜(GRIN 阵列整形[3]GRIN 透镜阵列整形技术是由日本钢铁公司的Yamaguchi 等人发明的。
采用GRIN 透镜阵列将光束按照LDA 节分割准直,然后聚焦。
如图3,该方法没有重排子光束,但是它通过透镜阵列对每个LDA 结分别准直而提高了LDA 的填充因子,结果是慢方向的拉格朗日不变量减少了,即光束质量得到了提高,但是快慢两个方向的光束质量相差还是较大,最后得到的光束分布不均匀,整形效果不太明显。
但由于这种方法较早提出了按照LDA 节分割准直的思想而受到重视。
图3渐变折射率透镜阵列整形技术2.3多棱镜阵列(multiprism array[4]多棱镜阵列也是日本钢铁公司的Yamaguchi 等人发明的。
其原理如图4,采用多棱镜阵列将光束按照LDA 节分割,旋转重排,达到改善光束质量的目的。
图4旋转重排原理图多棱镜阵列如图5所示,使用时把LDA 结与小棱镜一一对应。
这些棱镜将每条子光束旋转90°,从第1个棱镜入射的光束在相邻的第2个棱镜出图5多棱镜列阵排列图853激光技术2003年8月射,故棱镜数目比LDA 结多2个。
单个斜棱镜的作用如图6所示。
两个平行面π1和π2是全等的底角为45°的等腰梯形,两个平行面σ2和ρ以及面σ1和σ3都是锐内角为tan-1(1/2的平行四边形。
面π1和π2与面ρ和σ2垂直,σ1,σ2和σ33个面互成60°,面π1与σ1,π2与σ3分别成45°的夹角。
光束与π1成0°入射,依次分别在σ1,σ2和σ3上反射,被旋转90°后,从π2面垂直出射。
图6单个斜棱镜作用示意图同GRIN 阵列相比,多棱镜阵列中4个附加光学面和3个反射面的存在降低了耦合效率。
但是由于均衡了快慢方向的拉格朗日不变量,其功率密度提高了大约18倍。
2.4双反射镜整形技术(t w o 2mirror beam 2shapingtechnique[5]英国Southampton 大学光电研究中心的Clark 2son 等人提出了采用两个高反平面镜来实现快慢两个方向上光束质量因子的均衡,而亮度只略微降低。
它将光束按照镜间错位距离分割,分段重排,加工和调整都比较简便。
其工作原理如图7所示,整形装置结构很简单,把两面高反射率的镜子很近(相距d 地平行放置,且在x ′和y ′方向上相互错开一些,这样每个镜子都有一小部分未被对方挡住而形成了光束整形的入射和出射孔。
平面镜表面垂直于图所在平面。
假设1束在x 2z 面和y 2z 面的激光以与x ′2z ′面和y ′2z ′面成θx ′和θy ′斜入射到反射镜B 未被挡住的部分。
把入射光束看作相邻的一系列子光束组成,其中,光束1从A 的上部和B 的旁边穿过,没有改变传播方向地出射。
光束2从A 上部穿过后碰到B 上,入射到B 上并被B 反射到A 上,光束2紧随光束1后入射到A 上,沿光束1的方向出射且合并于光束1中,其它光束同样经数次反射后沿光束1的方向出射,比光束1略低一些。
该整形器实际上就是将入射光束分割成子光束并改变子光束的方向和位置使它们互相重叠出射。
可通过调节d ,θx ′,θy ′而达到均衡M x 2和M y 2目的。
图7平面镜整形技术这种方法能有效地除掉LDA 两个相邻节之间的死区,可以提高亮度。
亮度的提高依赖于发光区的宽度和死区宽度的比率。
但是由于非发光区造成光束质量M x 2变大和由于光纤透镜准直过程中的削波损耗造成M y 2变大,以及光束在整形器中传播时相邻光束某些部分发生了重叠,从每个节出来的光束传播到焦点的光程有些差别等原因,对亮度的提高有一定影响。
2.5阶梯反射镜整形(a pair of step 2mirrors[6]德国夫朗和费激光技术所的杜可明等人发明的阶梯镜是一种有效平衡两个方向光束质量的方法。
采用阶梯反射镜将光束按照镜面尺寸分割,旋转重排。
该整形装置是由两组完全相同的阶梯反射镜构成,每组都由N 个高反射率表面组成,如图8所示。
第1组阶梯镜每个镜面都绕慢轴倾斜45°,相邻的镜面在沿光束传播方向上相距一常数d (等于单个镜面的宽度。
第2组阶梯镜与之类似,且两组阶梯镜的镜子都一一相对。
当准直光束入射到第1组阶梯镜反射面上时,会被这些镜面沿慢轴分割为N 份,每个子光束经过第2微型阶梯反射镜,再被反射到快轴方向上。
原本是一条线状的光束就在同一高度上沿慢轴方向被重新排列为平行的N 条子光束。
整形结果光场分布为一正方形光斑,在光传播方向上光场分布接近均匀分布。
图8阶梯反射镜原理图减少阶梯镜宽度,增加重组光束的填充因子可953第27卷第4期郭明秀激光二极管光束整形技术提高聚焦光的亮度。
这种方法能得到两个方向光束质量相差很小的高效的光束。
系统结构紧凑坚固,阶梯镜对调整和“smile ”不敏感,整个系统机械元件易于集成,不需要昂贵的元件,灵活性好。
2.6微片棱镜堆线光束整形器[7]中科院上海光机所的陆雨田等人提出了微片棱镜堆整形技术,加工和调整非常简单,为国内唯一能够依据自主知识产权提供大功率LDA 单光纤耦合输出模块的单位。
该方法采用微片棱镜堆将光束按照微片的宽度分割,旋转重排,最后所得光斑类似于图2中的P 3和P 4。