RU2148850C1 - Collimation optical system for semiconductor lasers - Google Patents

Collimation optical system for semiconductor lasers Download PDF

Info

Publication number
RU2148850C1
RU2148850C1 RU98114268A RU98114268A RU2148850C1 RU 2148850 C1 RU2148850 C1 RU 2148850C1 RU 98114268 A RU98114268 A RU 98114268A RU 98114268 A RU98114268 A RU 98114268A RU 2148850 C1 RU2148850 C1 RU 2148850C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prisms
semiconductor
prism
optical system
angular
Prior art date
Application number
RU98114268A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.И. Бушмелев
В.Ф. Лазукин
С.Л. Погорельский
А.Г. Шипунов
В.Н. Кривошеин
А.В. Сбродов
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро приборостроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро приборостроения filed Critical Государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро приборостроения
Priority to RU98114268A priority Critical patent/RU2148850C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2148850C1 publication Critical patent/RU2148850C1/en

Links

Landscapes

  • Optical Head (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: collimation optical system has semiconductor lasers, lenses and family of prisms placed in sequence in path of rays. Ribs of refracting dihedral angles of prisms are oriented in parallel to planes of semiconductor junctions. Ribs of refracting dihedral angles of first and second prisms are located on different side with reference to laser beam. Parameters characterizing properties of optical system and material of prisms are interrelated by mathematical relation. EFFECT: provision for constancy of spatial position of output collimated beam under effect of reduced or increased ambient temperature. 1 dwg

Description

Изобретение относится к коллимирующим оптическим системам с преломляющими элементами и может быть использовано в системах оптической локации, оптической связи, управления и наблюдательных приборах. The invention relates to collimating optical systems with refractive elements and can be used in optical location systems, optical communications, control and monitoring devices.

Известна коллимирующая оптическая система, содержащая последовательно расположенные по ходу лучей первый отрицательный оптический компонент, первую группу призм, положительный оптический компонент, вторую группу призм и второй отрицательный оптический компонент, в которой апертурный угол оптических компонентов выбирается в пределах 20-40o, преломляющий угол призм выбирается в пределах 10-40o, а угол β ориентации призм по отношению к оптической оси связан с преломляющим углом α соотношением β = (2-3)α [1].
Как следует из описания, наиболее эффективным является применение указанной оптической системы для коллимирования излучения полупроводниковых лазеров. При этом отпадает необходимость в первом оптическом компоненте.
Known collimating optical system containing sequentially located along the rays of the first negative optical component, the first group of prisms, the positive optical component, the second group of prisms and the second negative optical component, in which the aperture angle of the optical components is selected within 20-40 o , refracting the angle of the prisms is selected within 10-40 o , and the angle β of the orientation of the prisms with respect to the optical axis is related to the refracting angle α by the ratio β = (2-3) α [1].
As follows from the description, the most effective is the use of the indicated optical system for collimating the radiation of semiconductor lasers. This eliminates the need for a first optical component.

Недостатком указанной оптической системы в случае ее применения для полупроводниковых лазеров является угловое смещение выходного коллимированного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры, что связано с неудобством работы и ухудшением точности наведения выходного пучка. Причиной углового смещения выходного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры является, во-первых, температурное изменение длины волны излучения полупроводникового лазера и дисперсия материала призм, во-вторых, температурное изменение показателя преломления материала призм. The disadvantage of this optical system in the case of its use for semiconductor lasers is the angular displacement of the output collimated beam when exposed to low and high temperatures, which is associated with the inconvenience of operation and the deterioration of the accuracy of pointing the output beam. The reason for the angular displacement of the output beam when exposed to lowered and elevated temperatures is, firstly, the temperature change of the radiation wavelength of the semiconductor laser and the dispersion of the prism material, and secondly, the temperature change in the refractive index of the prism material.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой оптической системе является коллимирующая оптическая система для полупроводникового лазера, содержащая последовательно расположенные по ходу лучей объектив и группу призм, ребра преломляющих двугранных углов которых ориентированы параллельно полупроводниковому переходу, преломляющие углы призм выбираются в пределах 25-40o, угловое увеличение G группы призм выбирается из следующего соотношения:

Figure 00000002

где
Figure 00000003
углы расходимости излучения полупроводникового лазера по уровню 0.5 в плоскостях, параллельной и перпендикулярной плоскости полупроводникового перехода соответственно, передняя фокальная плоскость объектива смещена относительно предметной плоскости на расстояние δo, определяемое соотношением
Figure 00000004

где
Figure 00000005
размеры тела свечения полупроводникового лазера в плоскостях, параллельной и перпендикулярной плоскости полупроводникового перехода соответственно, а продольная сферическая аберрация δ(u) объектива выбирается из следующего соотношения
δ(u) = -2/3•δo•(u/θ)2,
где u - апертурный угол объектива [2].The closest in technical essence to the claimed optical system is a collimating optical system for a semiconductor laser, containing a lens and a group of prisms sequentially located along the rays, the edges of the refracting dihedral angles of which are oriented parallel to the semiconductor transition, the refracting angles of the prisms are selected within 25-40 o , the angular the increase in the G group of prisms is selected from the following ratio:
Figure 00000002

Where
Figure 00000003
the divergence angles of the radiation of a semiconductor laser at a level of 0.5 in planes parallel and perpendicular to the plane of the semiconductor junction, respectively, the front focal plane of the lens is offset relative to the subject plane by a distance δ o defined by the relation
Figure 00000004

Where
Figure 00000005
the dimensions of the luminous body of the semiconductor laser in planes parallel and perpendicular to the plane of the semiconductor junction, respectively, and the longitudinal spherical aberration δ (u) of the lens is selected from the following relation
δ (u) = -2 / 3 • δ o • (u / θ ) 2 ,
where u is the aperture angle of the lens [2].

Как следует из описания, коллимирующая оптическая система может быть использована для получения коллимированного пучка от нескольких полупроводниковых лазеров. При этом вместо одного объектива используется несколько объективов, установленных напротив полупроводниковых лазеров, а угловое увеличение G группы призм выбирается из следующего соотношения:

Figure 00000006

где
Figure 00000007
углы расходимости излучения полупроводниковых лазеров в плоскостях, параллельной и перпендикулярной плоскости полупроводникового перехода соответственно, k - количество полупроводниковых лазеров [2].As follows from the description, a collimating optical system can be used to obtain a collimated beam from several semiconductor lasers. In this case, instead of a single lens, several lenses are used that are opposite the semiconductor lasers, and the angular increase in the G group of prisms is selected from the following relation:
Figure 00000006

Where
Figure 00000007
the divergence angles of the radiation of semiconductor lasers in planes parallel and perpendicular to the plane of the semiconductor junction, respectively, k is the number of semiconductor lasers [2].

Недостатком указанной оптической системы при использовании ее как для одного, так и для нескольких полупроводниковых лазеров является угловое смещение выходного коллимированного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры, что связано с неудобством работы и ухудшением точности наведения выходного пучка. Причиной углового смещения выходного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры являются, во-первых, температурное изменение длины волны излучения полупроводникового лазера и дисперсия материала призм, во-вторых, температурное изменение показателя преломления материала призм. The disadvantage of this optical system when using it for one or several semiconductor lasers is the angular displacement of the output collimated beam when exposed to low and high temperatures, which is associated with the inconvenience of operation and the deterioration of the accuracy of pointing the output beam. The reason for the angular displacement of the output beam under the influence of lowered and elevated temperatures is, firstly, the temperature change of the radiation wavelength of the semiconductor laser and the dispersion of the prism material, and secondly, the temperature change of the refractive index of the prism material.

Технической задачей изобретения является обеспечение постоянства пространственного положения выходного коллимированного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры окружающей среды. An object of the invention is to ensure the constancy of the spatial position of the output collimated beam when exposed to low and high ambient temperatures.

Технический результат достигается тем, что в коллимирующей оптической системе для полупроводниковых лазеров, содержащей последовательно расположенные по ходу лучей объективы, установленные напротив полупроводниковых лазеров, и группу призм, ребра преломляющих двугранных углов которых ориентированы параллельно плоскостям полупроводниковых переходов, ребра преломляющих двугранных углов первой и второй призм расположены по разные стороны относительно лазерного пучка, при этом выполняется следующее соотношение:

Figure 00000008

Figure 00000009

∂βi/∂ni - коэффициент зависимости углового отклонения лучей от показателя преломления материала i-й призмы,
∂ni/∂λ - дисперсия материала i-й призмы,
∂λ/∂t - температурный коэффициент длины волны излучения полупроводникового лазера,
∂ni/∂t - температурный коэффициент показателя преломления материала i-й призмы,
Gi - угловое увеличение i-й призмы,
m - количество призм,
λ - длина волны излучения полупроводниковых лазеров,
θ - угловая расходимость излучения полупроводникового лазера по уровню 0.5 в плоскости, перпендикулярной полупроводниковому переходу,
f - фокусное расстояние объективов.The technical result is achieved by the fact that in a collimating optical system for semiconductor lasers, containing lenses sequentially located along the rays of the beam, mounted opposite the semiconductor lasers, and a group of prisms, the edges of the refracting dihedral angles of which are oriented parallel to the planes of the semiconductor junctions, the edges of the refracting dihedral angles of the first and second prisms are located on different sides relative to the laser beam, while the following ratio holds:
Figure 00000008

Figure 00000009

∂β i / ∂n i - coefficient of dependence of the angular deviation of the rays from the refractive index of the material of the i-th prism,
∂n i / ∂λ is the dispersion of the material of the i-th prism,
∂λ / ∂t is the temperature coefficient of the radiation wavelength of the semiconductor laser,
∂n i / ∂t is the temperature coefficient of the refractive index of the material of the i-th prism,
G i - angular increase in the i-th prism,
m is the number of prisms,
λ is the radiation wavelength of semiconductor lasers,
θ is the angular divergence of the radiation of a semiconductor laser at a level of 0.5 in a plane perpendicular to the semiconductor transition,
f is the focal length of the lenses.

Постоянство пространственного положения коллимированного выходного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры обеспечивается тем, что действие первой призмы компенсируется действием второй и последующих призм. The constancy of the spatial position of the collimated output beam when exposed to low and high temperatures is ensured by the fact that the action of the first prism is compensated by the action of the second and subsequent prisms.

На чертеже показана коллимирующая оптическая система для полупроводниковых лазеров, поперечный разрез в плоскости, перпендикулярной плоскости полупроводниковых переходов. The drawing shows a collimating optical system for semiconductor lasers, a cross section in a plane perpendicular to the plane of the semiconductor junctions.

Коллимирующая оптическая система содержит десять коллимирующих объективов 2, установленных напротив десяти полупроводниковых лазеров 1, и четыре призмы 3-6. Ребра двугранных углов, образованных преломляющими гранями призм, ориентированы параллельно плоскостям полупроводниковых переходов полупроводниковых лазеров 1. При этом ребра преломляющих двугранных углов призм 3 и 4 расположены по разные стороны относительно лазерного пучка. The collimating optical system contains ten collimating lenses 2 mounted opposite ten semiconductor lasers 1, and four prisms 3-6. The edges of the dihedral angles formed by the refracting faces of the prisms are oriented parallel to the planes of the semiconductor junctions of the semiconductor lasers 1. In this case, the edges of the refracting dihedral angles of the prisms 3 and 4 are located on different sides relative to the laser beam.

В системе координат, показанной на чертеже, плоскости полупроводниковых переходов ориентированы параллельно плоскости YZ, оптические оси объективов ориентированы параллельно оси Z, а ребра преломляющих двугранных углов призм - параллельно оси Y. In the coordinate system shown in the drawing, the semiconductor junction planes are oriented parallel to the YZ plane, the optical axes of the lenses are oriented parallel to the Z axis, and the edges of the refracting dihedral angles of the prisms are parallel to the Y axis.

Входные грани всех призм установлены перпендикулярно падающему на них пучку, при этом угол отклонения лучей в призме 3 равен по величине и противоположен по знаку углу отклонения лучей в призме 4, а угол отклонения лучей в призме 5 равен по величине и противоположен по знаку углу отклонения лучей в призме 6. The input faces of all prisms are set perpendicular to the beam incident on them, while the deflection angle of the rays in prism 3 is equal in magnitude and opposite in sign to the deflection angle of the rays in prism 4, and the deflection angle of rays in prism 5 is equal in magnitude and opposite in sign to the deflection angle of rays in prism 6.

Угловая дисперсия призмы 3 выбирается меньше угловой дисперсии призм 4-6. С этой целью призма 3 изготавливается из стекла с малой дисперсией, а призмы 4-6 - из стекла с большой дисперсией. The angular dispersion of prism 3 is chosen less than the angular dispersion of prisms 4-6. For this purpose, prism 3 is made of glass with a small dispersion, and prisms 4-6 are made of glass with a large dispersion.

Коллимирующая оптическая система работает следующим образом. Сильно расходящийся световой пучок от каждого из полупроводниковых лазеров преобразуется соответствующим объективом в слабо расходящийся световой пучок, ось которого параллельна оси Z. В плоскости XZ все эти пучки объединяются в общий пучок, который проходит через группу призм. Призмы трансформируют световой пучок, уменьшая его поперечный размер и увеличивая его угловую расходимость. В результате на выходе коллимирующей оптической системы формируется световой пучок с требуемыми геометрическими параметрами. The collimating optical system operates as follows. A strongly diverging light beam from each of the semiconductor lasers is converted by a corresponding lens into a slightly diverging light beam whose axis is parallel to the Z axis. In the XZ plane, all these beams are combined into a common beam that passes through a group of prisms. Prisms transform the light beam, reducing its transverse size and increasing its angular divergence. As a result, a light beam with the required geometric parameters is formed at the output of the collimating optical system.

Например, если требуется сформировать коллимированный световой пучок, близкий к осесимметричному, то конструктивные параметры коллимирующей оптической системы следует выбирать в соответствии с [2]. For example, if it is required to form a collimated light beam close to axisymmetric, then the design parameters of the collimating optical system should be chosen in accordance with [2].

При изменении температуры окружающей среды происходит угловое смещение светового пучка на каждой из призм. Причиной этого являются, во-первых, температурное изменение длины волны излучения полупроводникового лазера и дисперсия материала призм, во-вторых, температурное изменение показателя преломления материала призм. When the ambient temperature changes, the angular displacement of the light beam on each of the prisms occurs. The reason for this is, firstly, the temperature change in the radiation wavelength of the semiconductor laser and the dispersion of the prism material, and secondly, the temperature change in the refractive index of the prism material.

Так как угловые смещения, вызванные изменением температуры окружающей среды, невелики, то угловое смещение светового пучка на всей группе призм определяется суммой угловых смещений на каждой из призм, взятых с учетом знака и умноженных на угловое увеличение всех следующих за ней призм. Since the angular displacements caused by the change in the ambient temperature are small, the angular displacement of the light beam over the entire group of prisms is determined by the sum of the angular displacements on each of the prisms taken with account for the sign and multiplied by the angular increase of all subsequent prisms.

Указанная сумма выбирается близкой к нулю. Необходимым условием для этого является то, что ребра преломляющих двугранных углов первой и второй призм расположены по разные стороны относительно светового пучка. Действительно, так как угловое увеличение призм больше единицы, то слагаемые, соответствующие первой и второй призмам, являются наибольшими по абсолютной величине, а так как ребра преломляющих двугранных углов этих призм расположены по разные стороны относительно светового пучка, то эти слагаемые противоположны по знаку и могут взаимно компенсироваться. Слагаемые, соответствующие третьей и последующим призмам, значительно меньше указанных, поэтому расположение этих призм не является существенным для взаимной компенсации действия всех призм. The indicated amount is selected close to zero. A necessary condition for this is that the edges of the refracting dihedral angles of the first and second prisms are located on different sides relative to the light beam. Indeed, since the angular increase in the prisms is greater than unity, the terms corresponding to the first and second prisms are largest in absolute value, and since the edges of the refracting dihedral angles of these prisms are located on different sides relative to the light beam, these terms are opposite in sign and can mutually offset. The terms corresponding to the third and subsequent prisms are much smaller than those indicated, therefore the location of these prisms is not essential for the mutual compensation of the action of all prisms.

Практически нет необходимости обеспечивать полную взаимную компенсацию действия всех призм. Достаточно, если угловое смещение выходного коллимированного пучка, соответствующее максимально возможному изменению температуры, не будет превышать по абсолютной величине 1/4 угловой расходимости этого пучка по уровню 0.5. There is practically no need to provide complete mutual compensation for the action of all prisms. It is sufficient if the angular displacement of the output collimated beam, corresponding to the maximum possible temperature change, does not exceed the absolute value of 1/4 of the angular divergence of this beam at a level of 0.5.

Таким образом, благодаря неполной взаимной компенсации действия всех призм, обеспечивается постоянство пространственного положения выходного коллимированного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры окружающей среды. Thus, due to incomplete mutual compensation of the action of all prisms, the spatial position of the output collimated beam is constant under the influence of low and high ambient temperatures.

Введем обозначения:
dβ/dt - изменение углового отклонения лучей на всей группе призм при изменении температуры на 1oC,
i/dt - - изменение углового отклонения лучей на i-й призме при изменении температуры на 1oC,
Gi - угловое увеличение i-й призмы,
m - количество призм,
Δt - максимальное изменение температуры окружающей среды,
δ - угловая расходимость выходного коллимированного пучка по уровню 0.5;
λ - длина волны излучения полупроводникового лазера,
θ - угловая расходимость излучения полупроводникового лазера по уровню 0.5 в плоскости, перпендикулярной полупроводниковому переходу,
f - фокусное расстояние объектива.
We introduce the following notation:
dβ / dt - change in the angular deviation of the rays throughout the group of prisms when the temperature changes by 1 o C,
i / dt - is the change in the angular deviation of the rays on the i-th prism when the temperature changes by 1 o C,
G i - angular increase in the i-th prism,
m is the number of prisms,
Δt is the maximum change in ambient temperature,
δ is the angular divergence of the output collimated beam at a level of 0.5;
λ is the radiation wavelength of the semiconductor laser,
θ is the angular divergence of the radiation of a semiconductor laser at a level of 0.5 in a plane perpendicular to the semiconductor transition,
f is the focal length of the lens.

Изменение углового отклонения считается положительным, если оно направлено по часовой стрелке, и отрицательным, если оно направлено против часовой стрелки. A change in angular deviation is considered positive if it is clockwise and negative if it is counterclockwise.

Условие постоянства пространственного положения выходного коллимированного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры окружающей среды определяется соотношением:

Figure 00000010

В плоскости, перпендикулярной полупроводниковому переходу, полупроводниковый лазер излучает только одну поперечную моду, поэтому световой пучок в этой плоскости является гауссовым пучком. Угловая расходимость выходного коллимированного пучка по уровню 0.5 определяется следующим соотношением (смотри, например, [3]):
Figure 00000011

Типичное значение максимального изменения температуры окружающей среды Δt = 30oC. Подставляя это значение в соотношение (1) и учитывая соотношение (2), можно получить
Figure 00000012

В коллимирующей оптической системе, показанной на чертеже, количество призм m = 4, и соотношение (3) можно представить в виде
Figure 00000013

Изменение углового отклонения лучей на каждой призме зависит от показателя преломления материала призмы, который, в свою очередь, зависит от длины волны излучения полупроводникового лазера и от температуры окружающей среды. Изменение углового отклонения лучей на i-й призме при изменении температуры на 1oC определяется следующим соотношением:
Figure 00000014

где ∂ni/∂λ - дисперсия материала i-й призмы, определяемая как изменение показателя преломления при изменении длины волны на 1 нм,
∂λ/∂t - температурный коэффициент длины волны излучения полупроводникового лазера, определяемый как изменение длины волны в нм при изменении температуры на 1oC.The condition for the constancy of the spatial position of the output collimated beam when exposed to low and high ambient temperatures is determined by the ratio:
Figure 00000010

In a plane perpendicular to the semiconductor junction, a semiconductor laser emits only one transverse mode, so the light beam in this plane is a Gaussian beam. The angular divergence of the output collimated beam at a level of 0.5 is determined by the following relation (see, for example, [3]):
Figure 00000011

A typical value of the maximum change in ambient temperature Δt = 30 o C. Substituting this value in relation (1) and taking into account relation (2), we can obtain
Figure 00000012

In the collimating optical system shown in the drawing, the number of prisms m = 4, and relation (3) can be represented as
Figure 00000013

The change in the angular deviation of the rays on each prism depends on the refractive index of the prism material, which, in turn, depends on the radiation wavelength of the semiconductor laser and on the ambient temperature. The change in the angular deviation of the rays on the i-th prism when the temperature changes by 1 o C is determined by the following ratio:
Figure 00000014

where ∂n i / ∂λ is the dispersion of the material of the i-th prism, defined as a change in the refractive index with a change in the wavelength by 1 nm,
∂λ / ∂t - temperature coefficient of the wavelength of radiation of a semiconductor laser, defined as the change in wavelength in nm with a change in temperature by 1 o C.

∂ni/∂t - температурный коэффициент показателя преломления материала i-й призмы, определяемый как изменение показателя преломления при изменении температуры на 1oC.∂n i / ∂t - temperature coefficient of the refractive index of the material of the i-th prism, defined as a change in the refractive index when the temperature changes by 1 o C.

Рассмотрим пример конкретного выполнения коллимирующей оптической системы для десяти полупроводниковых лазеров типа SDL-2360, у которых длина волны излучения λ = 830 нм, углы расходимости излучения по уровню 0.5 в плоскостях, параллельной и перпендикулярной плоскости полупроводникового перехода,

Figure 00000015
8o•30o, размеры тела свечения в плоскостях, параллельной и перпендикулярной плоскости полупроводникового перехода,
Figure 00000016
100•1 мкм, температурный коэффициент длины волны излучения ∂λ/∂t = 0.3 нм/град. [4].Consider an example of a specific implementation of a collimating optical system for ten semiconductor lasers of the SDL-2360 type, for which the radiation wavelength is λ = 830 nm, the radiation divergence angles are 0.5 level in planes parallel and perpendicular to the plane of the semiconductor junction,
Figure 00000015
8 o • 30 o , the dimensions of the luminous body in planes parallel and perpendicular to the plane of the semiconductor junction,
Figure 00000016
100 • 1 μm, the temperature coefficient of the radiation wavelength ∂λ / ∂t = 0.3 nm / deg. [4].

Будем считать, что в коллимирующей оптической системе, показанной на фиг. 1, входные грани призм установлены перпендикулярно падающим на них лучам, преломляющие углы призм выполнены одинаковыми и равными α = 33o, причем призма 3 изготовлена из стекла СТК9, а призмы 4-6 - из стекла ТФ5. Показатели преломления этих стекол примерно равны, однако стекло СТК9 имеет значительно меньшую дисперсию, чем стекло ТФ5. Отметим, что при этом выполняется условие равенства поперечных размеров светового пучка на выходе коллимирующей оптической системы [2].We assume that in the collimating optical system shown in FIG. 1, the input faces of the prisms are set perpendicular to the rays incident on them, the refracting angles of the prisms are the same and equal to α = 33 o , and prism 3 is made of STK9 glass, and prisms 4-6 are made of TF5 glass. The refractive indices of these glasses are approximately equal, however, CTK9 glass has a significantly lower dispersion than TF5 glass. Note that, in this case, the condition of equality of the transverse dimensions of the light beam at the output of the collimating optical system is fulfilled [2].

Угловая расходимость выходного коллимированного пучка по уровню 0.5 находится из соотношения (2) и составляет δ = 10 угловых минут. The angular divergence of the output collimated beam at a level of 0.5 is found from relation (2) and is δ = 10 arc minutes.

Изменение углового отклонения лучей в коллимирующей оптической системе при изменении температуры окружающей среды на 1oC находится по соотношениям (4) и (5). Используя константы стекол, указанные в [5], получим
dβ/dt = 0.008 мрад/град. Выражение в правой части (4) равно 0.02 мрад/град, то есть соотношение (4) выполняется. При этом изменению температуры окружающей среды Δt = 30oC соответствует изменение углового отклонения лучей Δβ = 0.9 угловых минут, что практически несущественно. Отметим, что если бы все призмы были изготовлены из стекла ТФ5, то соответствующие значения составили бы dβ/dt = 0.1 мрад/град и Δβ = 12 угловых минут, что во многих случаях является недопустимым.
The change in the angular deviation of the rays in the collimating optical system with a change in the ambient temperature by 1 o C is found by relations (4) and (5). Using the glass constants indicated in [5], we obtain
dβ / dt = 0.008 mrad / deg. The expression on the right-hand side of (4) is 0.02 mrad / deg, i.e., relation (4) is satisfied. In this case, a change in the ambient temperature Δt = 30 o C corresponds to a change in the angular deviation of the rays Δβ = 0.9 angular minutes, which is practically insignificant. Note that if all the prisms were made of TF5 glass, then the corresponding values would be dβ / dt = 0.1 mrad / deg and Δβ = 12 arc minutes, which in many cases is unacceptable.

Таким образом в предлагаемой коллимирующей оптической системе обеспечивается постоянство пространственного положения выходного коллимированного пучка при воздействии пониженной и повышенной температуры окружающей среды, что позволяет использовать ее в системах оптической локации, оптической связи, управления и наблюдательных приборах, работающих в полевых условиях. Thus, the proposed collimating optical system ensures the constancy of the spatial position of the output collimated beam when exposed to low and high ambient temperatures, which allows it to be used in optical location systems, optical communications, control, and observation devices operating in the field.

Список использованных источников
1. Авторское свидетельство СССР N 1624392, G 02 B 27/30, 30.01.91.
List of sources used
1. USSR author's certificate N 1624392, G 02 B 27/30, 01/30/91.

2. Патент РФ N 2107743, G 02 B 27/30, 10.01.98. 2. RF patent N 2107743, G 02 B 27/30, 01/10/98.

3. Пахомов И.И., Цибуля А.Б. Расчет оптических систем лазерных приборов. - М.: Радио и связь, 1986, с. 6. 3. Pakhomov II, Tsibulya A.B. Calculation of optical systems of laser devices. - M .: Radio and communications, 1986, p. 6.

4. Laser diode product catalog. Spectra Diode Labs. - 1993. 4. Laser diode product catalog. Spectra Diode Labs. - 1993.

5. Оптическое стекло. Альбом - каталог СССР - ГДР. - В/О Машприборинторг, 1984. 5. Optical glass. Album - catalog of the USSR - GDR. - V / O Mashpriborintorg, 1984.

Claims (1)

Коллимирующая оптическая система для полупроводниковых лазеров, содержащая последовательно расположенные по ходу лучей объективы, установленные напротив полупроводниковых лазеров, и группу призм, ребра преломляющих двугранных углов которых ориентированы параллельно плоскостям полупроводниковых переходов, отличающаяся тем, что ребра преломляющих двугранных углов первой и второй призм расположены по разные стороны лазерного пучка, при этом выполняется следующее соотношение:
Figure 00000017

Figure 00000018

∂βi/∂ni - коэффициент зависимости углового отклонения лучей от показателя преломления материала i-й призмы;
∂ni/∂λ - дисперсия материала i-й призмы;
∂λ/∂t - температурный коэффициент длины волны излучения полупроводникового лазера;
∂ni/∂t температурный коэффициент показателя преломления материала i-й призмы;
Gi - угловое увеличение i-й призмы;
m - количество призм;
λ - длина волны излучения полупроводникового лазера;
θ - угловая расходимость излучения полупроводникового лазера по уровню 0,5 в плоскости, перпендикулярной полупроводниковому переходу;
f - фокусное расстояние объектива.
A collimating optical system for semiconductor lasers, containing lenses sequentially arranged along the rays of the beam, mounted opposite the semiconductor lasers, and a group of prisms, the edges of the refracting dihedral angles of which are oriented parallel to the planes of the semiconductor junctions, characterized in that the edges of the refracting dihedral angles of the first and second prisms are located at different side of the laser beam, with the following relationship:
Figure 00000017

Figure 00000018

∂β i / ∂n i - coefficient of dependence of the angular deviation of the rays from the refractive index of the material of the i-th prism;
∂n i / ∂λ is the dispersion of the material of the i-th prism;
∂λ / ∂t is the temperature coefficient of the radiation wavelength of the semiconductor laser;
∂n i / ∂t temperature coefficient of the refractive index of the material of the i-th prism;
G i - angular increase in the i-th prism;
m is the number of prisms;
λ is the radiation wavelength of the semiconductor laser;
θ is the angular divergence of the radiation of a semiconductor laser at a level of 0.5 in a plane perpendicular to the semiconductor junction;
f is the focal length of the lens.
RU98114268A 1998-07-28 1998-07-28 Collimation optical system for semiconductor lasers RU2148850C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98114268A RU2148850C1 (en) 1998-07-28 1998-07-28 Collimation optical system for semiconductor lasers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98114268A RU2148850C1 (en) 1998-07-28 1998-07-28 Collimation optical system for semiconductor lasers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2148850C1 true RU2148850C1 (en) 2000-05-10

Family

ID=20208871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98114268A RU2148850C1 (en) 1998-07-28 1998-07-28 Collimation optical system for semiconductor lasers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2148850C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5321717A (en) Diode laser having minimal beam diameter and optics
EP0473071B1 (en) Beam combining apparatus for semiconductor lasers
US2472600A (en) Optical erecting prism for folding a light path
US11385435B2 (en) Athermal laser optics made of plastics
US7944615B2 (en) Optical system and method for shaping a profile of a laser beam
RU2148850C1 (en) Collimation optical system for semiconductor lasers
CN110231288A (en) A kind of compact and stable light path gas chamber
RU2621364C1 (en) Autocollimation spectrometer with spectral decomposition in sagittal direction
Anisimov et al. Choice of the reflector for the autocollimating alignment telescope
US20190113725A1 (en) Waveguide for Multispectral Fusion
Tamagawa et al. New design method for athermalized optical systems
Ronchi An application of parageometrical optics to the design of a microwave mirror
RU2101743C1 (en) Collimating optical system for semiconductor laser
RU2390811C1 (en) Optical system for semiconductor lasers
US2737850A (en) Wide aperture divergent optical system using spherical mirrors
RU2567447C1 (en) Mirror autocollimator spectrometer
RU2783298C1 (en) Retroreflective element
RU2761127C1 (en) Optical radiation adder
US11187915B2 (en) Parallel light generation device
RU2279702C2 (en) Collimating optical system for semiconductor lasers
Malacara Two lenses to collimate red laser light
US3464760A (en) Optical system with variable focal length
US3614205A (en) Two-channel optical transmitter
RU2481605C1 (en) Collimating optical system for semiconductor laser
JP2824992B2 (en) Optical coupler

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20150903