SU1737399A1 - Оптическа система дл преобразовани излучени полупроводникового лазера - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  преобразовани  излучени  полупроводникового лазера в пучок с малой расходимостью. Изобретение позвол ет обеспечить коллимацию излучени  и повысить эффективность преобразовани  световой энергии. Оптическа  система содержит последовательно установленные полупроводниковый лазер 1, плосковыпуклую линзу 2 и киноформный элемент 3, причем киноформный элемент установлен вплотную к плоской стороне линзы. Высота рельефа в зависимости от координат (х, у) в его плоскости вычисл етс  по приведенной формуле. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах, включающих полупроводниковые лазеры, дл  преобразовани  их излучени  в пучок с малой расходимостью.

Известна оптическа  система дл  коллимации и коррекции лазерного излучени , содержаща  отрицательную линзу из бесцветного стекла и положительную линзу из нейтрального стекла (см. авт. св. СССР № 986194, 1984).

Недостатком этой системы  вл етс  низка  эффективность использовани  энергии лазера, обусловленна  поглощением в нейтральном стекле положительной линзы.

Известна также оптическа  система, состо ща  из двух последовательно установленных по ходу луча асферических линз (см. патент США № 3476463, кл. 350-189. опубл. 1969).

Недостатками такой системы  вл ютс  значительные габариты и вес, а также сложность изготовлени  ее асферических компонент .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство , содержащее полупроводниковый лазер и киноформный элемент, выполненный с двум  уровн ми квантовани  фазы (см. Ко- ронкевич В,П., Полещук А.Г. и Пальчиков В.А. Квантова  электроника, 1988, № 10, с. 2128).

Недостатками такого устройства  вл етс  то, что оно не формирует плоскую волну на выходе системы, а также низка  эффективность преобразовани  световой энергии, обусловленна  бинарной функцией фазового пропускани  элемента.

Целью изобретени   вл етс  коллимаци  излучени  полупроводникового лазера и повышение эффективности преобразовани  световой энергии.

Изобретение обладает Јс г.ее широкими функциональными возможност ми по сравнению с известными оптическими система- ми за счет симметричной формы сколлимированного пучка. Оптическа  сила килоформного элемента меньше, чем у прототипа , что позвол ет увеличить число уров- ней квантовани  и, следовательно, повысить эффективность с 20 - 30% у прототипа до 70 - 80%.

Цель достигаетс  тем. что в оптическую систему, содержащую последовательно установленные полупроводниковый лазер и . киноформный элемент, дополнительно ввод т плосковыпуклую линзу, установленную между полупроводниковым лазером и кино- формным элементом плоской стороной вплотную к киноформному элементу, а киноформный элемент выполн ют с высотой рельефа

Кх,у) уррг ITlOCfe 7Г mf(x,y),

где А-длина волны лазера; п - показатель преломлени  материала киноформного элемента тесн т (t) - функци , равна  наименьшему положительному остатку от делени  t на 2 ж т ; m 1,2,... - целое число;

0 р (х,у) - фазова  функци ; (х,у) - система

координат, причем

п , ,

(x.y)- V Txr+VfITyT+

-f(nn-l),

5 где fi - заданное удаление линзы от излучающего элемента лазера; fa fi + А; Д - заданна  астигматическа  разность лазера; пл - показатель , преломлени  материала

о 2(пл-1) линзы; R 0

5

0

5

0

5

0

5

Т7тТчП7т2 радиус КРИВИЗНЫ выпуклой поверхности линзы.

На чертеже изображена оптическа  система дл  коллимации и коррекции излучени  полупроводникового лазера.

Оптическа  система содержит лазер 1 и расположенные на его оси линзу 2 и киноформный элемент 3, расположенный вплотную к линзе 2 с ее плоской стороны. Практически фазовый рельеф высотой h(x,y) наноситс  на плоскую сторону линзы по технологии получени  реплик решеток.

Разность фокусных рассто ний fi-f2 А задаетс  величиной астигматизма выходного пучка полупроводникового лазера. В случае, когда значение астигматизма не задано и полупроводниковый лазер имеет излучающую область в виде отрезка пр мой , астигматизм определ ют по известной числовой апертуре коллиматора, счита  длину отрезка величиной расфокусированного изображени  точки. Величины fi и fa, кроме того, должны удовлетвор ть соотношению

2(пл-1) R 1/ft M/f2

При этом оптическа  сила киноформного элемента по ос м х и у одинакова и противоположна пс знаку. Этим обеспечиваетс  максимальный размер зон киноформного элемента.

Работает устройство следующим образом . Пучок излучени  полупроводникового лазера 1 падает на плосковыпуклую линзу 2, котора  уменьшает его расходимость, но в силу различной расходимости исходного пучка по ос м х и у, а также наличи  сферической аберрации дает искривленный волновой фронт. Фазова  функци  #(х,у) киноформного элемента 3 рассчитана таким

образом, что он одновременно корректирует сферическую аберрацию линзы и астигматизм исходного пучка. Таким образом киноформный элемент 3 преобразует излучение , прошедшее через линзу, в плоскую волну.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Оптическа  система дл  преобразовани  излучени  полупроводникового лазера, содержаща  последовательно установленные полупроводниковый лазер и киноформ- ный элемент, отличающа с  тем, что, с целью обеспечени  коллимации излучени  и повышени  эффективности преобразовани  световой энергии, в нее введена плосковыпукла  линза, установленна  меж- ду полупроводниковым лазером и кинофор- мным элементом плоской стороной вплотную к последнему, причем высота h(x.y) рельефа киноформного элемента определ етс  в зависимости от координат х,у в его плоскости из соотношени :

   h(x,y) - moefe л mV(x,y),

   где Л- длина волны излучени  лазера;

   п - показатель преломлени  материала киноформного элемента;

   тесн т (t)-функци , равна  наимень- шему положительному остатку от делени  t на 2 л т;

   m 1,2... - целое число;

   р(х.у)- УгГГ7 УЗи7

   + (nfl-1)

   f 1 - заданное удаление линзы от излучающего элемента лазера;

   f2 fi+ Д;

   Л- заданна  астигматическа  разность лазера;

   пл - показатель преломлени  материала линзы;

   )

   1/fV+1/T2 радиус КРИ8ИЗНЫ выпуклой поверхности линзы.