Оптическая система для преобразования излучения полупроводникового лазера

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для преобразования излучения полупроводникового лазера в пучок с малой расходимостью. Изобретение позволяет обеспечить коллимацию излучения и повысить эффективность преобразования световой энергии. Оптическая 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 вычисляется по приведенной формуле. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)з G 02 В 27/48, 27/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

»»

О»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4841782/10 (22) 18.65.90 (46) 30.05.92. Бюл. Q 20 (71) Самарский авиационный институт им. акад. СЛ.Королева (72) М.А.Голуб, С.В.Карпеев, И.Н.Сисакян и В.А.Сойфер (53) 535.8 (088.8) (56) Патент США ЬЬ 3476463, кл. 350-189, опубл. 1969.

Квантовая электроника, М 10, .1988, с.

2128, (54) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

SU 1737399А1 (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для преобразования излучения полупроводникового лазера в пучок с малой расходимостью. Изобретение позволяет обеспечить коллимацию излучения и повысить эффективность преобразования световой энергии. Оптическая 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 вычисляется по приведенной формуле. 1 ил, 1737399

Изобретение относится- к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах, включающих полупроводниковые лазеры, для преобразования их излучения в пучок с малой расходимостью.

Известна оптическая система для коллимации и коррекции лазерного излучения, содержащая отрицательную линзу из бесцветного стекла и положительную линзу из нейтрального стекла (см. авт, св. СССР

М 986194, 1984).

Недостатком этой системы является низкая эффективность использования энергии лазера, обусловленная поглощением в нейтральном стекле положительной линзы.

Известна также оптическая система, состоящая из-двух последовательно установленных по ходу луча асферических линз (см. патент США N 3476463, кл. 350-.189. опубл.

1969).

Недостатками такой системы являются значительные габариты и вес, а также сложность изготовления ее асферических компонент.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее полупроводниковый лазер и киноформный элемент, выполненный с двумя уровнями квантования фазы (см. Коронкевич В,П., Полещук А.Г. и Пальчиков

B.À. Квантовая электроника, 1988, М 10, с.. 2128).

Недостатками такого устройства является то, что оно не формирует плоскую волну на выходе системы, а также низкая эффективность преобразования световой энергии, обусловленная бинарной функцией фазового пропускания элемента.

Целью изобретения является коллимация излучения полупроводникового лазера и повышение эффективности преобразования световой энергии.

Изобретение обладает с,гее широкими функциональными возможностями по сравнению с известными оптическими системамй за счет симметричной .формы сколлимированного пучка, Оптическая сила киноформного элемента меньше, чем у прототипа, что позволяет увеличить число уровней квантования и, следовательно, повысить эффективность с 20 — 30% у прототипа до 70 — 80 7;.

Цель достигается тем, что в оптическую систему, содержащую последовательно установленные полупроводниковый лазер и . киноформный элемент, дополнительно вводят плосковыпуклую линзу, установленную между полупроводниковым лазером и киноформным элементом плоской стороной вплотную к киноформному элементу, а киноформный элемент выполняют с высотой рельефа

h(x,ó) = — г mocbд m f(x,ó), А где Х-длина волны лазера; n — показатель преломления материала киноформного элемента modzgc (1) — функция, равная наименьшему положительному остатку от деления t на 2 x m; m = 1,2,... — целое число;

10 у (х,у) — фазовая функция. (х,у) — система координат, причем

Р(х,У) =--у-Я-+х2 + f) +y„.

2л (— ) Ф-З- I

15 где fp — заданное удаление линзы от излучающего элемента лазера; fz = f> + Л; Л— заданная астигматическая разность лазера;

n — показатель.; преломления материала

2 (nл 1)

ы; R 1 f +1 f — радиус кривизны выпуклой поверхности линзы.

На чертеже изображена оптическая система для коллимации и коррекции излучения полупроводникового лазера.

Оптическая 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,у)

30 наносится на плоскую сторону линзы по технологии получения реплик решеток.

Разность фокусных расстояний f1-f2=Л задается величиной астигматизма выходного пучка полупроводникового лазера.

35 В случае, когда значение астигматизма не задано и полупроводниковый лазер имеет излучающую область в виде отрезка прямой, астигматизм определяют по известной числовой апертуре коллиматора, считая длину отрезка величиной расфокусированного изображения точки. Величины f> и fz, кроме того, должны удовлетворять соотношению

2 пл — 1}

45 1 1 1 2

При этом оптическая сила киноформного элемента по осям х и у одинакова и противоположна пс знаку. Этим обеспечивается максимальный размер зон киноформного элемента.

Работает устройство следующим образом, Пучок излучения полупроводникового лазера 1 падает на плосковыпуклую линзу 2, которая уменьшает его расходимость, Но в силу различной расходимости исходного пучка по осям х и у, а также наличия сферической аберрации дает искривленный волновой фронт. Фазовая функция p(x,ó) киноформного элемента 3 рассчитана таким

1737399

Составитель С, Карпеев

Редактор Т. Лошкарева Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M. Демчик

Заказ 1890 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 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. 5

Формула изобретения

Оптическая система для преобразования излучения полупроводникового лазера, содержащая последовательно установленные полупроводниковый лазер и киноформ- 10 ный элемент,отл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью обеспечения коллимации излучения и повышения эффективности преобразования световой энергии, в нее введена плосковыпуклая линза, установленная меж- 15 ду полупроводниковым лазером и киноформным элементом плоской стороной вплотную к последнему, причем высота

h(x,y) рельефа киноформного элемента определяется в зависимости от координат х,у 20 в его плоскости из соотношения;

h(x,у) ™ — г NOCbд m+(x,ó), Л где Л- длина волны излученйя лазера;

n — показатель преломления материала киноформного элемента;

mod274m (t) - функция, равная наименьшему положительному остатку от деления t на 2zm;

m - 1,2... — целое число;

p(x, ) =- - -+„ +, +у1 +

2л . " - ) % 7 1

fi — заданное удаление линзы от. излучающего элемента лазера;

f2=f1+ л;

Л- заданная астигматическая разность лазера;

n< — показатель преломления материала линзы;

2 n — 1

R =

i+ — радиус кривизны выпуклой поверхности линзы.