SU1640663A1 - Semiconductor laser beam correction and collimation system - Google Patents

Semiconductor laser beam correction and collimation system Download PDF

Info

Publication number
SU1640663A1
SU1640663A1 SU894676148A SU4676148A SU1640663A1 SU 1640663 A1 SU1640663 A1 SU 1640663A1 SU 894676148 A SU894676148 A SU 894676148A SU 4676148 A SU4676148 A SU 4676148A SU 1640663 A1 SU1640663 A1 SU 1640663A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
semiconductor laser
plane
transparency
collimator
correction
Prior art date
Application number
SU894676148A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Петрович Логинов
Александр Федорович Плевако
Александр Владимирович Гнатовский
Наталья Викторовна Медведь
Original Assignee
Киевский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Периферийного Оборудования
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 Киевский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Периферийного Оборудования filed Critical Киевский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Периферийного Оборудования
Priority to SU894676148A priority Critical patent/SU1640663A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1640663A1 publication Critical patent/SU1640663A1/en

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и лазерной технике и предназначено дл  коллимации и коррекции волнового фронта и формы сечени  пучка полупроводникового лазера.The invention relates to optical instrumentation and laser technology, and is intended for collimation and correction of the wavefront and shape of the cross section of a semiconductor laser beam.

Цель изобретени  - обеспечение коррекции волнового фронта коллимируемого светового пучка при сохранении коррекции формы его сечени .The purpose of the invention is to provide a correction of the wavefront of a collimated light beam while maintaining the correction of the shape of its cross section.

На фиг. 1 приведена оптическа  схема устройства; на фиг. 2 - фазовый статистический транспарант с рассеивающими центрами овальной формы, фрагмент; на фиг. 3 - схема сечени  пучка в плоскости комплексно сопр женного фильтра, по с- н юща  механизм коррекции формы сечени  пучка.FIG. Figure 1 shows the optical layout of the device; in fig. 2 - phase statistical transparency with scattering centers of oval form, fragment; in fig. 3 is a diagram of a beam cross section in the plane of a complex conjugate filter, by means of a shift mechanism for correcting the beam cross section shape.

В системе, содержащей последовательно расположенные полупроводниковый лазер 1, предваритеьный линзовый коллиматор 2. систему дл  коррекции формы сечени  пучка и окончательный коллиматор , система дл  коррекции формы пучка выполнена в виде фазового статистического трансформатора 3, рассеивающие цент- ры которого имеют форму и ориентирова- ны таким образом, что их большой размер коллинеарен плоскости р - п-пере- хода полупроводникового лазера 1, а окончательный коллиматор выполнен в виде комплексно сопр женного фильтра 4, удаленного от статистического транспаранта на рассто ние Z, удовлетвор ющее приближению дифракции Фраунгофера. Дл  этого в схеме системы допускаетс  использо- вание дополнительной Фурье-линзы, расположенной между статистическим транспарантом и комплексно сопр женным фильтром, который располагаетс  в задней фокальной плоскости этой линзы. Таким об- разом, в плоскости комплексно сопр женного фильтра, 4 формируетс  угловой спектр продифрагировавшего на статистическом транспаранте лазерного пучка.In a system containing a sequentially located semiconductor laser 1, a preliminary lens collimator 2. a system for correcting the beam section shape and a final collimator, the system for correcting the beam shape is made in the form of a phase statistical transformer 3, the scattering centers of which have the shape and orientation of such such that their large size is collinear to the plane of the p – n junction of the semiconductor laser 1, and the final collimator is made in the form of a complex conjugate filter 4 remote from atisticheskogo transparency by a distance Z, satisfying the Fraunhofer diffraction approximation. For this purpose, an additional Fourier lens is located in the system diagram, located between the statistical transparency and the complex conjugate filter, which is located in the rear focal plane of this lens. Thus, in the plane of the complex conjugate filter, 4, the angular spectrum of the laser beam diffracted on the statistical transparency is formed.

Тело свечени  лазера 1 совмещено с передней фокальной плоскостью предварительного коллиматора 2. Размеры рассеивающих центров фазового статического транспаранта 3 выбираютс  из соотношени The luminescence body of laser 1 is aligned with the front focal plane of the preliminary collimator 2. The dimensions of the scattering centers of the phase static transparency 3 are chosen from the ratio

Я , aiI ai

-т- + Т-t- + T

О| fkO | fk

О)ABOUT)

A + aji dii fkA + aji dii fk

где dn, di - размеры рассеивающих центров в направлении, коллинеарном и ортогональном плоскости р - n-перехода, соответственно;where dn, di are the dimensions of the scattering centers in the direction collinear and orthogonal to the p-n-junction plane, respectively;

аи, ai - размеры тела свечени  полупроводникового лазера в плоскости р - п-пе- рехода и ортогональной ей плоскости соответственно;au, ai are the dimensions of the luminescence body of a semiconductor laser in the p – n-junction plane and orthogonal to its plane, respectively;

fk - фокусное рассто ние предварительного линзового коллиматора 2;fk is the focal length of the preliminary lens collimator 2;

Я-длина волны излучени  полупроводникового лазера 1.I is the radiation wavelength of a semiconductor laser 1.

Система работает следующим образом.The system works as follows.

Излучение полупроводникового лазера 1, имеющего тело свечени  с размером аи в плоскости р -. n-перехода и ai в ортогональной ей плоскости (ац ai), предварительно коллимируетс  коллиматором 2, на выходе которого формируетс  слаборасход щийс  (1-3°) пучок с сечением, выт нутым вдоль направлени , ортогонального плоскости р - n-перехода. Этот пучок дифрагирует на фазовом статистическом транспаранте 3, рассеивающие центры которого выполнены, например, овальными с размерами dn в плоскости р- п-перехода и di в ортогональной ей1 плоскости (фиг. 2). Усредненное сечение (огибающа ) в дифракционной картине Фраунгофера (плоскость комплексно сопр женного фильтра 4) без учета размеров спекл-неоднородностей определ етс  соотношени миThe radiation of a semiconductor laser 1, having a glow body with size ai in the p - plane. The n-junction and ai in the orthogonal plane (ac ai) are preliminarily collimated by collimator 2, at the output of which a slightly divergent (1-3 °) beam is formed with a cross section elongated along the direction orthogonal to the p – n junction plane. This beam diffracts on the phase statistical transparency 3, the scattering centers of which are made, for example, oval with dimensions dn in the plane of the pn junction and di in the plane orthogonal to it1 (Fig. 2). The averaged cross-section (envelope) in the Fraunhofer diffraction pattern (the plane of the complex conjugate filter 4), without taking into account the size of the speckle inhomogeneities, is determined by the relations

Dn AZ/dii,Dn AZ / dii,

(2)(2)

Di AZ/di,Di AZ / di,

где Dii.Di - размеры сечени  дифракционной картины в плоскости р - n-перехода и в ортогональной плоскости соответственно. Учет размеров спекл-неоднородностей приводит к увеличению сечени  дифракционной картины на величину, равную диаметру спекл-неоднородностей, при этом, еслиwhere Dii.Di are the dimensions of the cross section of the diffraction pattern in the p – n junction plane and in the orthogonal plane, respectively. Consideration of the size of speckle inhomogeneities leads to an increase in the cross section of the diffraction pattern by an amount equal to the diameter of the speckle inhomogeneities, if

спекл-неоднородности круглые, то форма дифракционной картины не искажаетс .Since the speckle inhomogeneities are round, the shape of the diffraction pattern is not distorted.

При дифракции светового пучка с не- симметричным сечением, каким обладает полупроводниковый лазер, дифракционна  картина искажаетс . Это искажение вызва - но изменением формы спекл-неоднородно- стей, котора  соответствует форме тела свечени  полупроводникового лазера 1; размеры спекл-неоднородностей аи и a i в плоскости р - n-перехода и ортогональной ей плоскости, соответственно, св заны с размерами тела свечени  аи и ai следующими соотношени ми:Diffraction of a light beam with an asymmetric cross section, like a semiconductor laser has, distorts the diffraction pattern. This distortion is caused by a change in the shape of the speckle inhomogeneities, which corresponds to the shape of the glowing body of the semiconductor laser 1; the dimensions of the speckle inhomogeneities ai and ai in the p-n-junction plane and the plane orthogonal to it, respectively, are related to the dimensions of the glow body ai and ai by the following relations:

a fi Zaii/fk,a fi Zaii / fk,

af Zai/fk.(3)af Zai / fk. (3)

С учетом размеров спека-неоднородностей (3) выражение дл  сечени  дифракционной картины (2) переходит вTaking into account the size of the SPECA inhomogeneities (3), the expression for the cross section of the diffraction pattern (2) turns into

- Dit AZ/dn + aii AZ/dii + Zan/fk,- Dit AZ / dn + aii AZ / dii + Zan / fk,

Di AZ/di + ai AZ/di + Zai/fk ,(4)Di AZ / di + ai AZ / di + Zai / fk, (4)

из которой следует, что дл  формировани  симметричной формы сечени  в дифракци- онной картине необходимо выполнение услови  DII DI, которое приводит к соотношению (1).from which it follows that in order to form a symmetric section in the diffraction pattern, the condition DII DI must be fulfilled, which leads to relation (1).

Из выражени  (1) следует также возможность формировани  пучка с сечением, отличным от круглого, но и отличным от сечени  исходного пучка. Например, при необходимости формировани  пучка с сече- нием, удовлетвор ющим соотношению DII/DI /3( некотора  заданна  величи- на), выражение (1) переходит в более общее А , аи а /А аА..From expression (1) it also follows the possibility of forming a beam with a cross section that is different from the round one, but also different from the cross section of the original beam. For example, if it is necessary to form a beam with a cross section that satisfies the DII / DI / 3 ratio (some given value), expression (1) becomes more general A, ai a / A aA.

cJiI+ iT+(d + fkj-®cJiI + iT + (d + fkj-®

Механизм коррекции формы сечени  пучка в плоскости комплексно сопр женно- го фильтра 4 иллюстрируетс  фиг. 3. Крива  5 описывает дифракционную картину аксиально-симметричного пучка на фазовом статистическом транспаранте с рассеивающими центрами круглой формы. Крива  6 показывает деформацию сечени  дифракционной картины при нарушении симметрии сечени  лазерного пучка от астигматического источника и сохранении круглой формы рассеивающих центров. На кривой 7 показано восстановление круглого сечени  в дифракционной картине от астигматического пучка при использовании рассеивающих центров овальной формы, размеры которых удовлетвор ют условию (1). Из приведенных на фиг. 3 кривых следует , что увеличение расходимости лазерного пучка в одной плоскости за счет астигматизма компенсируетс  увеличением расходимости пучка в ортогональной ей плоскости за счет увеличени  угла дифракции, обусловленного уменьшением размеров рассеивающих центров статистического транспаранта в этой плоскости.The mechanism for correcting the shape of the beam section in the plane of the complex-matched filter 4 is illustrated in FIG. 3. Curve 5 describes the diffraction pattern of an axially symmetric beam on the phase statistical transparency with round-shaped scattering centers. Curve 6 shows the deformation of the cross section of the diffraction pattern in violation of the symmetry of the laser beam cross section from the astigmatic source and the retention of the round shape of the scattering centers. Curve 7 shows the recovery of a circular cross section in the diffraction pattern from an astigmatic beam using oval scattering centers, the dimensions of which satisfy condition (1). From FIG. The three curves show that an increase in the laser beam divergence in one plane due to astigmatism is compensated for by an increase in the beam divergence in the orthogonal plane due to an increase in the diffraction angle due to a decrease in the size of the scattering centers of the statistical transparency in this plane.

Окончательна  коллимаци  лазерного пучка осуществл етс  с помощью комплексно сопр женного фильтра 4, изготовленного, например, голографическим способом. Комплексно сопр женный фильтр имеет коэффициент пропускани , комплексно сопр женный распределению пол  по сечению падающего на него светового пучка. В результате происходит амплитудно-фазова  коррекци  светового пучка, прошедшего через комплексно сопр женный фильтр, котора  заключаетс  в устранении фазовых неодно- родностей в волновом фронте пучка. Следовательно , на выходе комплексно сопр женного фильтра 4 формируетс  световой пучок с плоским волновым фронтом и неоднородным распределением интенсивности , св занным с наличием спекл-неоднородностей . Сечение этого пучка определ етс  формой исходного лазерного пучка и формой рассевающих центров статистического транспоранта 3 согласно выражени м (1) и (5).The final collimation of the laser beam is carried out using a complex conjugate filter 4 made, for example, by a holographic method. The complex conjugate filter has a transmittance that is complex conjugate to the distribution of the field over the cross section of the light beam incident on it. As a result, the amplitude-phase correction of the light beam passing through the complex conjugate filter, which consists in eliminating phase inhomogeneities in the wave front of the beam, occurs. Consequently, at the output of the complex conjugate filter 4, a light beam is formed with a plane wave front and a non-uniform intensity distribution associated with the presence of speckle inhomogeneities. The cross section of this beam is determined by the shape of the initial laser beam and the shape of the scattering centers of the statistical transpoent 3 according to expressions (1) and (5).

Угловой спектр скорректированного пучка на выходе комплексно сопр женного фильтра 4 определ етс  пространственной автокоррел ционной функцией статистического транспаранта 3, котора  имеет 5-вид- ный характер.The angular spectrum of the corrected beam at the output of the complex conjugate filter 4 is determined by the spatial autocorrelation function of the statistical transparency 3, which is 5-visible.

В таблице приведены данные,представл ющие собой пример возможной конкретной реализации системы коррекции и коллимации пучка излучени  полупроводникового лазера дл  различных значений размеров тела свечени  аи в плоскости р - п-перехода.The table shows data representing an example of a possible specific implementation of the correction system and collimation of a semiconductor laser radiation beam for different values of the size of the glow body in the p – n junction plane.

Предполагаетс , что размер рассеивающих центров di одинаков, а компенсаци  астигматизма достигаетс  варьированием величины dn в соответствии с соотношением (1). Значени  параметров системы выбраны следующие: А 780 нм: fk 10 мм; Z 100 мм; а мкм; di 20 мкм.It is assumed that the size of the scattering centers di is the same, and the compensation of astigmatism is achieved by varying the value of dn in accordance with relation (1). The values of the system parameters are as follows: А 780 nm: fk 10 mm; Z 100 mm; a micron; di 20 microns

Рассмотренный пример выполнени  фазового статистического транспаранта предназначен дл  формировани  круглых или овальных световых пучков. Использование рассеивающих центров другой формы , например пр моугольной, позвол ет формировать пучки соответственно с пр моугольным или квадратным сечением.The considered example of the implementation of the phase statistical transparency is intended for the formation of round or oval light beams. The use of scattering centers of another shape, for example, rectangular, makes it possible to form beams with a rectangular or square section, respectively.

Claims (2)

1. Система коррекции и коллимации пучка излучени  полупроводникового лазера , содержаща  последовательно расположенные предварительный линзовый1. A system for the correction and collimation of a semiconductor laser beam containing a series of pre-lens коллиматор, систему дл  коррекции формы сечени  пучка и окончательный коллиматор, отличающа с  тем, что,с целью обеспечени  коррекции волнового фронта коллимируемого светового лучка при сохра- нении коррекции формы его сечени , система дл  коррекции формы сечени  пучка выполнена в виде фазового статистического транспаранта, рассеивающие центры которого имеют выт нутую форму и ориентире- ваны таким образом, что их больший размер коллинеарен плоскости р - n-перехода полупроводникового лазера, а окончательный коллиматор выполнен в виде комплексно сопр женного фильтра, удаленного от фазового статистического транспаранта на рассто ние, удовлетвор ющее приближению дифракции Фраунгофера.a collimator, a system for correcting the beam section shape, and a final collimator, characterized in that, in order to ensure the correction of the wavefront of the collimated light beam while maintaining the correction of its section shape, the system for correcting the beam section shape is made in the form of a phase statistical transparency, the centers of which have an elongated shape and are oriented in such a way that their larger size is collinear to the p – n junction plane of the semiconductor laser, and the final collimator is made as a complex conjugate filter remote from the phase statistical transparency for a distance satisfying the Fraunhofer diffraction approximation. 2. Система по п.1 .отличающа с  тем, что размеры рассеивающих центров 2. The system according to claim 1. Characterized in that the dimensions of the scattering centers фазового статистического транспаранта выбираютс  из соотношени phase statistical transparency are chosen from the ratio A . + li eft fk dn fk A. + li eft fk dn fk где К - длина волны излучени  полупроводникового лазера;where K is the radiation wavelength of a semiconductor laser; di и dit - размеры рассеивающих центров фазового статистического транспоранта в направлении, коллинеарном и ортогональном плоскости р - n-лерехода полупроводникового лазера соответственно;di and dit are the sizes of the scattering centers of the phase statistical transporant in the direction collinear and orthogonal to the p-n-path direction of the semiconductor laser, respectively; ац. at - размеры тела свечени  полупроводникового лазера в плоскости р - п- перехода и ортогональной ей плоскости соответственно;ats at is the size of the glow body of a semiconductor laser in the p – n junction plane and the plane orthogonal to it, respectively; fk - фокусное рассто ние предварительного линзового коллиматора.fk is the focal length of the preliminary lens collimator. Щи г. 2Schi 2 ФигЗFigz
SU894676148A 1989-04-11 1989-04-11 Semiconductor laser beam correction and collimation system SU1640663A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894676148A SU1640663A1 (en) 1989-04-11 1989-04-11 Semiconductor laser beam correction and collimation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894676148A SU1640663A1 (en) 1989-04-11 1989-04-11 Semiconductor laser beam correction and collimation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1640663A1 true SU1640663A1 (en) 1991-04-07

Family

ID=21440521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894676148A SU1640663A1 (en) 1989-04-11 1989-04-11 Semiconductor laser beam correction and collimation system

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1640663A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100489818B1 (en) Hybrid illumination system for use in photolithography
US6285443B1 (en) Illuminating arrangement for a projection microlithographic apparatus
US5453814A (en) Illumination source and method for microlithography
US4255014A (en) Edge enhancement of phase phenomena
US9323052B2 (en) Lithography pupil shaping optical system and method for generating off-axis illumination mode
US3628848A (en) Variable phase contrast microscopy
JPS61198012A (en) Surface inspecting device
JP3553986B2 (en) Double vessel beam generation method and apparatus
US4626102A (en) Bragg cell spectral analyzer with a prism expansion system
SU1640663A1 (en) Semiconductor laser beam correction and collimation system
Doskolovich et al. Analytical initial approximation for multiorder binary grating design
Rubin Scatterplate interferometry
CN102023389B (en) Array partial ring zone photon sieve dodging device
Wynne Simple Fourier transform lenses—I
JPS6344726A (en) Illumination optical device of stepper using excimer laser
Shakher et al. Imaging in white light by two holo-lenses
SU1753446A1 (en) Device to shape bessel beams of electromagnetic radiation in homogeneous transparent medium
JP3003348B2 (en) Optical lens and manufacturing method thereof
SU1525655A1 (en) Endoscope
Singh et al. New stigmatic mounting of Rowland type concave holographic diffraction grating
Pala et al. Application of holographic diffractive doublets as collimators for highly elliptical light beams edge emitted from diode lasers
JPS62234182A (en) Method for forming hologram
RU2083039C1 (en) Laser beam forming device
KR20240073649A (en) Apparatus ans method for extreme ultraviolet beam generation
Turunen et al. Holographic Secondaries In Telescopes