CN1934479A - 光束整形元件以及使用了该光束整形元件的光拾波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光束整形元件BC，该光束整形元件将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，对于第1面S1和第2面S2，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面为非圆弧圆柱形面。并且，满足条件式：1.2≤T1/T0≤10，其中，T1为光束整形元件BC的芯厚、T0为半导体激光光源和光束整形元件BC之间的轴上光学距离。

Description

光束整形元件以及使用了该光束整形元件的光拾波装置
技术领域
本发明涉及光束整形元件，尤其，涉及例如在光拾波装置中将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件。
背景技术
用于光拾波光学系统的通常的光源是激光二极管，其射出的光束是截面形状为椭圆形的发散光束。如果通过物镜将该发散光束原样聚束，则仅照射圆形记录区域的一部分，或记录区域外部也被照射，从而使记录及再生的准确度降低。因此，需要进行光束整形，使得激光的截面形状在记录介质上形成圆形。
另外，作为激光光源，近年来开始使用蓝色半导体激光，但由于其波长短，因此，记录/再生的信号所要求的精度严格。虽然这样要求，但由于现状的蓝色半导体激光的输出弱，因此，要进行高精度的记录/再生，就不能确保足够的激光功率。如果通过将激光从椭圆光束变换为圆形光束来提高激光的利用效率，则能够解决该问题。因此，对于这一点来说，光束整形技术是非常重要的。
光束整形通常是使用棱镜的方法。但是，要用棱镜进行光束整形，需要预先将激光准直。这需要准直透镜，但例如对应于蓝色激光的情况下，如果将准直透镜配置在光束整形棱镜的光源侧，则产生不能通过准直透镜的移动来进行盘基板具有误差时的球面象差的修正等各种各样的限制。
为避免上述那样的问题，以往提出了通过透镜面进行光束整形的光束整形元件。例如，日本专利文献1中提出在两面具有变形面的光束整形元件，在日本专利文献2中提出在两面具有圆柱形面的光束整形元件。若使用这些光束整形元件，则几乎不会产生象差，可将发散光束直接从椭圆光束变换为圆形光束。
日本专利文献1：特开平9-258099号公报
日本专利文献2：特开2002-208159号公报
但是，如日本专利文献1所提出的那样，如果将光束整形元件的面形状设为变形形状，则难以进行金属模具的加工。因此，不合适批量生产，从而导致成本升高。另外，在日本专利文献2中提出的光束整形元件中，由于不能得到高的整形倍率，因此，存在对记录/再生不能确保足够的光利用效率的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于，提供一种光束整形元件及使用了该光束整形元件的光拾波装置，该光束整形元件能够确保良好的性能，且制造容易，能够得到高的整形倍率。
为实现上述目的，本发明第一方面提供的光束整形元件，将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，其特征在于，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(1)，
1.2≤T1/T0≤10...  (1)
其中，
T1：光束整形元件的芯厚，
T0：半导体激光光源和光束整形元件之间的轴上光学距离。
本发明第二方面提供的光束整形元件，将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，其特征在于，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(2)，
0.009≤R1/R2≤0.19...  (2)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
R2：光束整形元件的光射出侧面的曲率半径，
将在光入射侧变为凸或在光射出侧变为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧变为凹或在光射出侧变为凸的面的曲率半径设为负。
本发明第三方面提供的光束整形元件，将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，其特征在于，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(3)，
-0.27≤R1/T1≤-0.04… (3)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
T1：光束整形元件的芯厚，
将在光入射侧变为凸或在光射出侧变为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧变为凹或在光射出侧变为凸的面的曲率半径设为负。
另外，提供一种光拾波装置，其包括：射出椭圆光束的光源；将自该光源射出的光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件；以及，使来自该光束整形元件的光在记录介质上成像的物镜，
其中，上述光束整形元件，对于的其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面是圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(1)，
1.2≤T1/T0≤10…  (1)
其中，
T1：光束整形元件的芯厚、
T0：光源和光束整形元件之间的轴上光学距离。
或，提供一种光拾波装置，其包括：射出椭圆光束的光源；将自该光源射出的光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件；以及，使来自该光束整形元件的光在记录介质上成像的物镜，
其中，上述光束整形元件，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面是圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(2)，
0.009≤R1/R2≤0.19…  (2)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
R2：光束整形元件的光射出侧面的曲率半径，
将在光入射侧变为凸或在光射出侧变为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧变为凹或在光射出侧变为凸的面的曲率半径设为负。
或，提供一种光拾波装置，其包括：射出椭圆光束的光源；将自该光源射出的光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件；以及，使来自该光束整形元件的光在记录介质上成像的物镜，
其中，上述光束整形元件，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面是圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(3)，
-0.27≤R1/T1≤-0.04… (3)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径、
T1：光束整形元件的芯厚，
将在光入射侧变为凸或在光射出侧变为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧变为凹或在光射出侧变为凸的面的曲率半径设为负。
根据本发明，圆弧圆柱形面和非圆弧圆柱形面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，并且关于芯厚、面形状等，成为有特征的结构，所以制造容易且轻量/小型/高性能，并且能够得到高的整形倍率。而且，如果在光拾波装置中使用本发明的光束整形元件，则可提高记录/再生的精度，另外，由于激光的利用效率提高，所以也可以适应蓝色半导体激光。
附图说明
图1A是表示光束整形元件的一实施方式(实施例7)的光学结构图；
图1B是表示光束整形元件的一实施方式(实施例7)的光学结构图；
图2是表示图1A、B的光束整形元件配置在从激光光源到准直透镜的光路中的状态的光学结构图；
图3是表示装有图1A、B的光束整形元件的光拾波装置的主要结构的示意图；
图4是表示使用图1A、B的光束整形元件时轴上光学距离达到设计性能的影响的图表；
图5A是表示实施例1的轴上波面象差的象差图；
图5B是表示实施例1的轴上波面象差的象差图；
图6A是表示实施例2的轴上波面象差的象差图；
图6B是表示实施例2的轴上波面象差的象差图；
图7A是表示实施例3的轴上波面象差的象差图；
图7B是表示实施例3的轴上波面象差的象差图；
图8A是表示实施例4的轴上波面象差的象差图；
图8B是表示实施例4的轴上波面象差的象差图；
图9A是表示实施例5的轴上波面象差的象差图；
图9B是表示实施例5的轴上波面象差的象差图；
图10A是表示实施例6的轴上波面象差的象差图；
图10B是表示实施例6的轴上波面象差的象差图；
图11A是表示实施例7的轴上波面象差的象差图；
图11B是表示实施例7的轴上波面象差的象差图；
图12A是表示实施例8的轴上波面象差的象差图；
图12B是表示实施例8的轴上波面象差的象差图；
图13A是表示实施例9的轴上波面象差的象差图；
图13B是表示实施例9的轴上波面象差的象差图；
图14A是表示实施例10的轴上波面象差的象差图；
图14B是表示实施例10的轴上波面象差的象差图；
图15A是表示实施例11的轴上波面象差的象差图；
图15B是表示实施例11的轴上波面象差的象差图；
图16A是表示实施例12的轴上波面象差的象差图；
图16B是表示实施例12的轴上波面象差的象差图；
图17A是表示实施例13的轴上波面象差的象差图；
图17B是表示实施例13的轴上波面象差的象差图；
图18A是表示实施例14的轴上波面象差的象差图；
图18B是表示实施例14的轴上波面象差的象差图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施了本发明的光束整形元件等进行说明。在图1A、B中通过光学截面表示光束整形元件BC的一实施方式。图2中，通过光学截面表示将光束整形元件BC配置在从激光光源1到准直透镜6的光路中的状态，图3中示意性表示装有光束整形元件BC的光拾波装置的主要结构。另外，直角坐标系(X、Y、Z)中，如果设激光的椭圆光束截面的短轴方向为X方向，长轴方向为Y方向，光轴AX方向为Z方向，则分别地，图1A表示光束整形元件BC的XZ截面，图1B表示光束整形元件BC的YZ截面，图2表示XZ截面，图3表示YZ截面。
图3所示的光拾波装置是可对光信息记录介质进行光信息的记录及再生的光拾波装置。作为激光光源1，使用例如射出波长405nm的激光的半导体激光光源(LD：laser diode)。从激光光源1射出的激光被反射镜2反射到上方后，向光束整形元件BC入射，由光束整形元件BC将其以发散状态，从椭圆光束变换为圆形光束(光束截面形状为圆形或准圆形)。
该光束整形元件BC，是为了将激光从椭圆光束变换为圆形光束而在椭圆光束截面的短轴方向(X方向)将光束直径放大的类型的光束整形元件。因此，如图1A、B所示，光束整形元件BC的第1面S1(光入射侧面)和第2面S2(光射出侧面)，两面都只在激光的椭圆光束截面的短轴方向(X方向)具有曲率，关于其X方向，第1面S1成为使凹面向着光入射侧的形状，第2面S2成为使凸面向着光射出侧的形状。另外，在第1面S1、第2面S2中，一个面成为圆弧圆柱形面，另一个面成为非圆弧圆柱形面。即，一个面的具有其曲率的方向的圆柱形面的截面构成圆弧，另一个面的具有其曲率的方向的圆柱形面的截面构成非圆弧。
由光束整形元件BC整形为圆形光束的激光，通过穿过1/2波长板3，从S偏振光变换为P偏振光。而且，为了跟踪误差检测，由衍射光栅4进行光束分割后，向光路合波/分路用的偏振光分光镜5入射。在偏振光分光镜5上，使光束原样透过设于其内部的PBS(polarizing beam splitter)膜5a，从偏振光分光镜5射出。然后，入射到准直透镜6，准直为平行光，顺序穿过1/4波长板10、物镜11，在光信息记录介质12的光学记录面12a上成像。由光信息记录介质12的光学记录面12a反射的激光，沿光路返回，再次入射到偏振光分光镜5。激光由于两次穿过上述1/4波长板10，所以作为S偏振光由PBS膜5a反射后，从偏振光分光镜5射出。而且，为进行聚焦误差检测，而在由HOE(holographic optical element)7进行光束分割后，穿过用于将跟踪及聚焦误差的检测光聚光的圆柱形透镜8，由光电二极管9进行信号光的检测。
如本实施方式的光束整形元件BC，在将从半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件中，关于其光入射侧面和光射出侧面，设两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，优选设一个面为圆弧圆柱形面，设另一个面为非圆弧圆柱形面。通过在椭圆光束截面的短轴方向(X方向)将光束直径放大的光束整形，光射出侧的NA(numerical aperture)变大，所以，可缩短从光束整形元件到准直透镜的距离。因此，可使光束整形元件以后的光学部件微型化，并且可使系统整体的光学系统微型化。
关于光束整形元件的面形状，如上所述，通过将圆柱形面在两面使用，与使用了变形面的情况相比，金属模具加工变得非常容易。因此，可降低制造成本，且光束整形元件的装配、调整也变得容易。另外，通过将一个面设为圆弧圆柱形面，将另一个面设为非圆弧圆柱状面，可同时得到光学性能上的优点和制造上的优点。假设，将两面都做成非圆弧圆柱形面，则对不同的具有曲率的方向的面，平行偏心灵敏度变得苛刻，因此，制造成品率恶化，不适于批量生产。另外，如果将两面都做成圆柱形面，则由于大幅度产生高次象差，因此，不能得到良好的设计性能，也很难确保高的整形倍率。因此，光束整形元件优选同时具有圆弧圆柱形面和非圆弧圆柱形面的结构。
无论光入射侧面为圆弧圆柱形面而光射出侧面为非圆弧圆柱形面的情况，还是光入射侧面为非圆弧圆柱形面而光射出侧为圆弧圆柱形面的情况，都可以得到上述效果，但在考虑制造上的优点时，优选将光入射侧面设为圆弧圆柱形面，将光射出侧面设为非圆弧圆柱形面。另外，如本实施方式，在沿椭圆光束截面的短轴方向(X方向)放大光束直径的类型中，优选将光入射侧面设为凹面，将光射出侧面设为凸面。由此，可得到更良好的设计性能。
如上所述，对于光束整形元件的光入射侧面和光射出侧面，设两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，通过将一个面设为圆弧圆柱形面，将另一个面设为非圆弧圆柱形面，从而可将光束整形元件的制造为容易制造的结构，且可达到其轻型/小型化及高性能化。而且，如将这样的光束整形元件用于光拾波装置，则能够有助于装置整体的轻型/小型化及低成本化。下面说明用于更均衡获得这种效果，并且达到高的整形倍率、更高的光学性能等的条件。
有关光源位置和光束整形元件的关系，优选满足以下的条件式(1)，
1.2≤T1/T0≤10       ...(1)
其中，
T1表示：光束整形元件的芯厚，
T0表示：半导体激光光源和光束整形元件之间的轴上光学距离。
由于满足条件式(1)，从而能够确保高的整形倍率，且实现良好的设计性能。当超过条件式(1)的上限或下限时，由于高次象差大幅度产生，因此，要得到良好的设计性能，只能降低整形倍率。因此，难以一边确保高的整形倍率，一边获得良好的设计性能。另外，当超过条件式(1)的上限时，光束整形元件变得非常大，不可避免成本增加及系统整体的大型化/重量增加。相反，当超过条件式(1)的下限时，倾向于曲率半径变小，所以制造变得困难。
图4中将条件式(1)规定的T1/T0(T0＝1.6)和设计性能的关系进行图表化来表示。由●标绘的线通过波面象差表示整形倍率＝2.0倍、光入射侧的NA＝0.64时的设计性能，由◆标绘的线通过波面象差表示整形倍率＝2.5倍、光入射侧的NA＝0.1时的设计性能，由▲标绘的线通过波面象差表示整形倍率＝2.5倍、光入射侧的NA＝0.064时的设计性能。由该图表可知，在条件式(1)规定的条件范围中，可同时实现高的整形倍率和良好的设计性能。另外，图4所示的设计性能是忽略了球面象差的。由光束整形元件产生的球面象差，由于可通过与之后的准直透镜的组合而去除，因此，设计时忽略球面象差，由球面象差之外的象差量来表示设计性能。
更优选满足以下的条件式(1a)，
1.2≤T1/T0≤3        ...(1a)
该条件式(1a)在上述条件式(1)规定的条件范围内，规定基于上述观点等的更优选的条件范围。而且，在条件式(1a)规定的区域中，能够得到更良好的设计性能。
对于光束整形元件的两面的功率来说，优先满足以下的条件式(2)，
0.009≤R1/R2≤0.19       ...(2)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1表示：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
R2表示：光束整形元件的光射出侧面的曲率半径，
将在光入射侧成为凸或在光射出侧成为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧成为凹或在光射出侧成为凸的面的曲率半径设为负。
由于满足条件式(2)，从而能够确保高的整形倍率，同时能够实现良好的设计性能。当超过条件式(2)的上限或下限时，由于高次象差大幅度产生，因此，要得到良好的设计性能，只能降低整形倍率。因此，难以一边确保高的整形倍率一边得到良好的设计性能。另外，当超过条件式(2)的下限时，由于光束整形元件第1面的曲率半径变得过小，因此，难以进行金属模具的加工。相反，当超过条件式(2)的上限时，第1面的曲率半径增大，因此，导致光束整形元件的大型化。
更优选地，满足以下的条件式(2a)，
0.07≤R1/R2≤0.19      ...(2a)
该条件式(2a)，在上述条件式(2)规定的条件范围内，规定基于上述观点等的更优选的条件范围。
对于光束整形元件的光入射侧面的功率和芯厚的关系，优选满足以下的条件式(3)，
-0.27≤R1/T1≤-0.04      …(3)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1表示：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
T1表示：光束整形元件的芯厚，
将在光入射侧成为凸或在光射出侧成为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧成为凹或在光射出侧成为凸的面的曲率半径设为负。
当超过条件式(3)的上限时，第1面(光入射侧面)的曲率半径的绝对值变得过小，从而难以制造。并且，光束整形元件巨大化，光拾波系统大型化。相反，当超过条件式(3)的下限、芯厚T1减小时，难以确保高的整形倍率。当超过条件式(3)的下限、第1面的曲率变缓时，到光源的距离T0增大，导致装置整体大型化。
更优先地，满足以下的条件式(3a)，
-0.27≤R1/T1≤-0.12       …(3a)
该条件式(3a)在上述条件式(3)规定的条件范围内，规定基于上述观点等的更优选的条件范围。
对于构成光束整形元件的一个面的非圆弧圆柱形面，优选满足以下的条件式(4)，
-0.2×10-2≤AR×fx3≤0.2      ...(4)
其中，
AR表示：来自圆锥的4次变形系数的旋转对称成分，
fx表示：光束整形元件的整形方向(即激光的椭圆光束截面的短轴方向)的焦点距离。
条件式(4)规定了为实现光束整形元件的高性能化的优选的条件范围，当超过条件式(4)的上限或下限时，由于高次象差产生，所以变得不能得到良好的设计性能。另外，构成光束整形元件的一个面的非圆弧圆柱形面，由表示非圆弧面的面形状的以下式(AAS)定义，
Z＝(X2/Rx+Y2/Ry)/[1+[1-(1+Kx)·X2/Rx2-(1+Ky)·Y2/Ry2]1/2]+AR·[(1-AP)·X2+(1+AP)·Y2]2+BR·[(1-BP)·X2+(1+BP)·Y2]3+CR·[(1-CP)·X2+(1+CP)·Y2]4+DR·[(1-DP)·X2+(1+DP)·Y3]5      ...(AAS)
其中，
X、Y表示：在对于光轴AX垂直的平面内的直角坐标，
Z表示：在坐标(X、Y)的位置的光轴AX方向的位移量(面顶点基准)，
Rx表示：X方向的近轴曲率半径[＝Rxi(i＝1，2)]，
Ry表示：Y方向的近轴曲率半径[＝Ryi(i＝1，2)]，
Kx表示：X方向的圆锥系数，
Ky表示：Y方向的圆锥系数，
AR、BR、CR、DR表示：来自圆锥的4次、6次、8次、10次变形系数的旋转对称成分，
AP、BP、CP、DP表示：来自圆锥的4次、6次、8次、10次变形系数的非旋转对称成分。
另外，上述的各实施方式及后述的各实施例中，包括以下的结构(P1)～(P5)等，根据该光束整形元件的结构，圆弧圆柱形面和非圆弧圆柱形面，两面都只是在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，并且，芯厚、面形状等变为具有特征的结构，因此，制造容易且轻型/小型/高性能，同时可得到高的整形倍率。因此，能够提高记录/再生的精度，另外，由于激光的利用效率提高，故也可以适应于蓝色半导体激光。
(P1)一种光拾波光学系统，其具有将自半导体激光光源射出的激光，从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件，其特征在于，上述光束整形元件的光入射侧面和光射出侧面，两面都只是在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面为非圆弧圆柱形面，并满足上述条件式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)、(3a)、(4)中的至少一个。
(P2)如上述(P1)所述的光拾波光学系统，其特征在于，上述光束整形元件的光入射侧面为圆弧圆柱形面，上述光束整形元件的光射出侧面为非圆弧圆柱形面。
(P3)如上述(P1)所述的光拾波光学系统，其特征在于，上述光束整形元件的光入射侧面为非圆弧圆柱形面，上述光束整形元件的光射出侧面为圆弧圆柱形面。
(P4)如上述(P1)～(P3)中任一项所述的光拾波光学系统，其特征在于，上述光束整形元件的光入射侧面为凹面，上述光束整形元件的光射出侧面为凸面。
(P5)如上述(P1)～(P4)中任一项所述的光拾波光学系统，其特征在于，进一步具有准直仪光学系统，该准直仪光学系统将由上述光束整形元件变换为圆形光束的激光进行准直。
实施例
下面，列举结构数据等对实施了本发明的光束整形元件的光学结构等作更具体地说明。这里列举的实施例1～14，作为数值实施例，将与上述实施方式(图1A、B)对应的光学结构具体化了，其中，实施例7也是具有与上述实施方式相同形状的数值实施例。
表1～表14表示实施例1～实施例14的结构数据，表15表示对于各实施例与各条件式规定的参数对应的数据。在各结构数据中，λ是设计波长(nm)，fx是X方向的焦点距离，fy是Y方向的焦点距离，光入射侧NAx是激光入射侧的X方向的数值孔径，光射出侧NAx是激光射出侧的X方向的数值孔径，W是剩余象差(mλrms)。但是，X方向是椭圆光束截面的短轴方向，Y方向是椭圆光束截面的长轴方向。
另外，在各结构数据中，Si(i＝0，1，2)是从物体侧数第i个面，例如，S0是相当于物体面的激光光源1的发光面，S1是光束整形元件BC的光入射侧面(第1面)，S2是光束整形元件BC的光射出侧面(第2面)。另外，Rxi(i＝0，1，2)是面Si的X方向的近轴曲率半径(mm)，Ryi(i＝0，1，2)是面Si的Y方向的近轴曲率半径(mm)。Ti(i＝0，1)是面Si和面Si+1之间的轴上面间隔(mm)，Ni(i＝0，1)是对于位于轴上面间隔Ti的介质的波长λ的折射率。带*标记的面Si是非圆弧圆柱形面，由表示非圆弧面的面形状的上述式(AAS)定义。表1～表14中，将各实施例的非圆弧面数据合并表示。但是，无标记的项的系数为0，对于全部的数据来说，E-n＝×10-n，E+n＝×10+n。
图5A、B～图18A、B是分别与实施例1～14对应的象差图，表示相对于波长λ＝405nm的光线的轴上波面象差。但是，图5A、B～图18A、B中，A表示Y方向的波面象差，B表示X方向的波面象差。另外，各象差图表示的设计性能是忽视球面象差的。由光束整形元件产生的球面象差，由于通过与之后的准直透镜组合而去除，因此，设计时忽视球面象差，由球面象差以外的象差量表示设计性能。
表1
  实施例1   fx[mm]   -0.772   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.1
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.1
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.3189   ∞
  1.20   1.792882
S2* -1.77455 ∞
                               *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   2.06E-03   BR   4.83E-04   CR   8.04E-03   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表2
  实施例2   fx[mm]   -0.824   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.1
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.3
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.45402   ∞
  2.40   1.792882
  S2*   -4.96358   ∞
                            *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   9.58E-04   BR   -3.64E-04   CR   8.97E-05   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表3
  实施例3   fx[mm]   -0.929   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.1
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.5
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.67202   ∞
  10.00   1.792882
  S2*   -58.10896   ∞
                          *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   1.65E-05   BR   -3.16E-06   CR   9.51E-07   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表4
  实施例4   fx[mm]   -0.778   光入射侧NAx   0.1
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.2
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.7
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.32182 ∞
  1.20   1.792882
  S2*   -1.78285   ∞
                               *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   2.12E-03   BR   3.41E-04   CR   8.18E-04   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表5
  实施例5   fx[mm]   -0.826   光入射侧NAx   0.1
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.2
  λ[nm]   405   W[mλrms]   4.6
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.45455   ∞
  2.40   1.792882
  S2*   -4.96139   ∞
                              *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   9.88E-04   BR   -1.87E-04   CR   1.20E-04   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表6
  实施例6   fx[mm]   -0.928   光入射侧NAx   0.1
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.2
  λ[nm]   405   W[mλrms]   8.6
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.67105   ∞
  10.00   1.792882
  S2*   -57.90489   ∞
                                *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   1.63E-05   BR   -6.96E-07   CR   3.60E-08   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表7
  实施例7   fx[mm]   -0.542   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.125
  λ[nm]   405   W[mλrms]   1.0
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.21401   ∞
  1.20   1.792882
  S2*   -1.48288   ∞
                                    *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   -1.43E-04   BR   1.08E-02   CR   -4.78E-02   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表8
  实施例8   fx[mm]   -0.571   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.125
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.2
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
1.00 1.00000
  S1   -0.30346   ∞
  2.40   1.792882
  S2*   -4.14124   ∞
                              *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   9.55E-04   BR   -3.64E-04   CR   1.13E-03   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表9
  实施例9   fx[mm]   -0.628   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.125
  λ[nm]   405   W[mλrms]   1.0
Si Rxi[mm] Ryi[mm] Ti[mm] Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.44811   ∞
  10.00   1.792882
  S2*   -48.42616   ∞
                          *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   2.02E-05   BR   -3.01E-06   CR   8.74E-07   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表10
  实施例10   fx[mm]   -0.834   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.1
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.1
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.37035   ∞
  2.40   1.619224
S2* -4.55933 ∞
                              *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   9.82E-04   BR   -5.29E-04   CR   2.07E-03   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表11
  实施例11   fx[mm]   -0.820   光入射侧NAx   0.1
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.2
  λ[nm]   405   W[mλrms]   6.1
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1   -0.5015   ∞
  2.40   1.898206
  S2*   -5.1339   ∞
                              *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   9.79E-04   BR   -2.57E-04   CR   1.55E-04   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表12
  实施例12   fx[mm]   -0.567   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.125
λ[nm] 405 W[mλrms] 0.5
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
S1 -0.34101 ∞
  2.40   1.919000
  S2*   -4.31268   ∞
                               *：第2面(S2)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   1.02E-03   BR   -8.47E-04   CR   2.38E-03   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表13
  实施例13   fx[mm]   -0.576   光入射侧NAx   0.05
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.125
  λ[nm]   405   W[mλrms]   0.3
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1*   -0.30628   ∞
  2.40   1.792882
  S2   -4.15831   ∞
                            *：第1面(S1)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   -1.66E-01   BR   -3.37E+02   CR   3.78E+04   DR   0
AP -1 BP -1 CP -1 DP 0
表14
  实施例14   fx[mm]   -0.846   光入射侧NAx   0.1
  fy[mm]   ∞   光射出侧NAx   0.2
  λ[nm]   405   W[mλrms]   4.9
  Si   Rxi[mm]   Ryi[mm]   Ti[mm]   Ni(405nm)
  S0   ∞   ∞
  1.00   1.00000
  S1*   -0.46722   ∞
  2.40   1.792882
  S2   -5.03255   ∞
                            *：第1面(S1)的非圆弧面数据
  Kx   0
  AR   -3.03E-01   BR   -1.36E+01   CR   3.80E+02   DR   0
  AP   -1   BP   -1   CP   -1   DP   0
表15
  条件式对应值   (1)(1a)   (2)(2a)   (3)(3a)   (4)
  T1/T0   R1/R2   R1/T1   AR×fx3
  实施例1   1.2   0.180   -0.266   -9.466E-04
  实施例2   2.4   0.091   -0.189   -5.362E-04
  实施例3   10   0.012   -0.067   -1.320E-05
  实施例4   1.2   0.181   -0.268   -9.976E-04
  实施例5   2.4   0.092   -0.189   -5.556E-04
  实施例6   10   0.012   -0.067   -1.306E-05
  实施例7   1.2   0.144   -0.178   2.280E-05
  实施例8   2.4   0.073   -0.126   -1.777E-04
  实施例9   10   0.009   -0.045   -5.014E-06
  实施例10   2.4   0.081   -0.154   -5.687E-04
实施例11 2.4 0.098 -0.209 -5.390E-04
  实施例12   2.4   0.079   -0.142   -1.852E-04
  实施例13   2.4   0.074   -0.128   3.163E-02
  实施例14   2.4   0.093   -0.195   1.837E-01

Claims (6)

1、一种光束整形元件，将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，其特征在于，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(1)，
1.2≤T1/T0≤10      ...(1)
其中，
T1表示：光束整形元件的芯厚，
T0表示：半导体激光光源和光束整形元件之间的轴上光学距离。
2、一种光束整形元件，将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，其特征在于，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(2)，
0.009≤R1/R2≤0.19      ...(2)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1表示：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
R2表示：光束整形元件的光射出侧面的曲率半径，
将在光入射侧成为凸或在光射出侧成为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧成为凹或在光射出侧成为凸的面的曲率半径设为负。
3、一种光束整形元件，将自半导体激光光源射出的激光从椭圆光束变换为圆形光束，其特征在于，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面为圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(3)，
-0.27≤R1/T1≤-0.04        ...(3)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1表示：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径、
T1表示：光束整形元件的芯厚，
将在光入射侧成为凸或在光射出侧成为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧成为凹或在光射出侧成为凸的面的曲率半径设为负。
4、一种光拾波装置，其包括：
射出椭圆光束的光源；
将自该光源射出的光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件；以及，
使来自该光束整形元件的光在记录介质上成像的物镜，
所述光束整形元件，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面是圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(1)，
1.2≤T1/T0≤10        ...(1)
其中，
T1表示：光束整形元件的芯厚，
T0表示：光源和光束整形元件之间的轴上光学距离。
5、一种光拾波装置，包括：
射出椭圆光束的光源；
将自该光源射出的光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件；以及，
使来自该光束整形元件的光在记录介质上成像的物镜，
所述光束整形元件，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面是圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(2)，
0.009≤R1/R2≤0.19         ...(2)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1表示：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径，
R2表示：光束整形元件的光射出侧面的曲率半径，
将在光入射侧成为凸或在光射出侧成为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧成为凹或在光射出侧成为凸的面的曲率半径设为负。
6、一种光拾波装置，包括：
射出椭圆光束的光源；
将自该光源射出的光从椭圆光束变换为圆形光束的光束整形元件；以及，
使来自该光束整形元件的光在记录介质上成像的物镜，
所述光束整形元件，对于其光入射侧面和光射出侧面，两面都只在椭圆光束截面的短轴方向具有曲率，一个面是圆弧圆柱形面，另一个面是非圆弧圆柱形面，满足以下条件式(3)，
-0.27≤R1/T1≤-0.04          ...(3)
其中，对于椭圆光束截面的短轴方向，
R1表示：光束整形元件的光入射侧面的曲率半径、
T1表示：光束整形元件的芯厚，
将在光入射侧成为凸或在光射出侧成为凹的面的曲率半径设为正，将在光入射侧成为凹或在光射出侧成为凸的面的曲率半径设为负。
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