新型结构准直系统设计与激光束耦合分析
发布时间：2021-08-11 17:37
半导体激光器作为空间通信中的新型光源,具有结构简单、体积小、寿命长,价格低等优点。但由于其自身结构的问题,半导体激光器的有源宽度远大于厚度,以致于在平行于结平面和垂直于结平面上的发散角极不对称,远场呈现狭长的椭圆光斑,并且还带有初始象散,光束质量差,严重影响了半导体激光器的应用。这样半导体激光器的输出光束必须要经过光学准直系统的准直整形之后才能得到实际的应用,而这种激光束的准直整形包括对半导体激光束进行准直,圆化以及固有像散的校正等。近年来,国内外的许多学者或科学家都致力于激光束准直整形技术的研究,希望可以有效地提高激光束的质量以及能量利用率。自由曲面透镜透镜在准直整形系统中的出现则使得实现接近完美的准直效果变为可能,所以在本论文中提出了一种基于自由曲面透镜以及楔形透镜所设计的准直整形系统。该系统的由一个自由曲面透镜和一个楔形柱透镜组合而成。其中,自由曲面透镜的前表面被设计为一个平面,从而可以贴合在半导体激光器的表面,而后表面为自由曲面。该自由曲面透镜实现激光束的准直和初始像散的矫正。楔形柱透镜的前表面与自由曲面重合,后表面设计为一个子午面具有一定倾斜角的楔形面,所以该楔形柱透镜可以用...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体激光器的基本结构
自由空间光通信的光源。在空间光通信中，为了能有效的提高光能量的传播效及提高天线的工作效率，对半导体激光束的发光特性及高斯光束的传播规律的究显得很有必要。本章首先对半导体激光器的光场特性和发散特性作了介绍，后对激光束的研究方法即波动光学衍射理论和费马原理作了介绍。对已有的准整形技术作了详细的介绍，分析了其利弊，最后对空间光与光纤耦合的耦合效的基本原理和计算公式作了介绍。2.1 半导体激光器的特性半导体激光器被认为是可见光范围内、远距离空间激光通信的最有利、最用的光源[6,7]。然而由于半导体激光器特殊的结构[8,17]：其出射面的宽度远远大于度，使得在平行于 P-N 结与垂直于 P-N 结平面方向上，半导体激光器具有不同发散角、束腰半径以及发光源点。如图 2-1 所示，其出射的激光束表现为一束具初始像散、快轴方向和慢轴方向发散角不同，且在远场分布为一个椭圆形光斑激光束。其中平行于 P-N 结平面方向上的发散角和垂直于 P-N 结平面方向的发角的比值从 0.2:1 到 0.6:1 不等。
图 2-2 高斯光束参数光器在垂直于光轴的平面上的光强分布近似为高斯分方得到 22,,exp2xyxyIxyzAz 中， A z是与x 和y都无关，只与z 有关的系数，x 和和平行于 P-N 结平面方向上的光束的束腰半径。体激光束的发散特性光器的有源区相当于一个矩形的平面介质波导，其宽样的激光束在传播时容易发散，通常情况下有源区的得在垂直于 P-N 结的方向上衍射效果比平行于 P-N 结现为垂直于 P-N 结平面方向上的激光发散角大于平行
【参考文献】：
期刊论文
[1]自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析[J]. 严一民,杨华军,陈伟军,李东. 激光与红外. 2011(05)
[2]Beam collimation of the laser diode with a heteroaxial double half-elliptical cylinder lens[J]. 高全华,曾晓东. Optoelectronics Letters. 2010(06)
[3]自由曲面光学元件的设计、加工及面形测量的集成制造技术[J]. 李荣彬,张志辉,杜雪,孔令豹,蒋金波. 机械工程学报. 2010(11)
[4]自由曲面光学的超精密加工技术及其应用[J]. 李荣彬,张志辉,杜雪,孔令豹,蒋金波. 红外与激光工程. 2010(01)
[5]布拉格光纤光传输特性研究[J]. 杨华军,胡渝,刘静娴,李成红,谢康,荣健. 光电子.激光. 2007(12)
[6]大功率半导体激光器二元光学消像散准直器件设计[J]. 谢梦,曾晓东,安毓英. 红外与激光工程. 2007(01)
[7]湍流引起的空间光到单模光纤耦合功率的衰落[J]. 向劲松,胡渝. 激光杂志. 2006(04)
[8]光子晶体光纤的耦合分析[J]. 陈丽颖,孙军强. 光学与光电技术. 2006(03)
[9]半导体激光器发展概论[J]. 刘凤英,王艳辉,李桂琴. 物理与工程. 2000(06)
[10]半导体激光器的进展[J]. 王莉,张以谟,吴荣汉,余金中. 激光与红外. 1999(05)
博士论文
[1]广义非球面透镜的设计、制作及应用研究[D]. 曹兆楼.中国科学技术大学 2014
[2]大功率LED封装与应用的自由曲面光学研究[D]. 王恺.华中科技大学 2011
[3]半导体激光器光束传输特性研究[D]. 徐强.西安电子科技大学 2007
[4]半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究[D]. 于海鹰.北京工业大学 2006
硕士论文
[1]大功率半导体激光器非球面透镜组准直整形技术研究[D]. 方珍珍.电子科技大学 2017
[2]光子晶体光纤传输特性及其在光通信中的应用研究[D]. 黄玉纯.电子科技大学 2015
[3]光通信系统中的激光准直与耦合技术研究[D]. 王冰.电子科技大学 2014
[4]基于LED光源的自由曲面照明透镜的设计研究[D]. 鲍志聪.清华大学 2013
[5]空间光—光纤高效耦合系统的设计与实现[D]. 李拓辉.电子科技大学 2010
[6]空间光—光纤耦合技术研究[D]. 邓科.电子科技大学 2007
本文编号：3336595
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体激光器的基本结构
自由空间光通信的光源。在空间光通信中，为了能有效的提高光能量的传播效及提高天线的工作效率，对半导体激光束的发光特性及高斯光束的传播规律的究显得很有必要。本章首先对半导体激光器的光场特性和发散特性作了介绍，后对激光束的研究方法即波动光学衍射理论和费马原理作了介绍。对已有的准整形技术作了详细的介绍，分析了其利弊，最后对空间光与光纤耦合的耦合效的基本原理和计算公式作了介绍。2.1 半导体激光器的特性半导体激光器被认为是可见光范围内、远距离空间激光通信的最有利、最用的光源[6,7]。然而由于半导体激光器特殊的结构[8,17]：其出射面的宽度远远大于度，使得在平行于 P-N 结与垂直于 P-N 结平面方向上，半导体激光器具有不同发散角、束腰半径以及发光源点。如图 2-1 所示，其出射的激光束表现为一束具初始像散、快轴方向和慢轴方向发散角不同，且在远场分布为一个椭圆形光斑激光束。其中平行于 P-N 结平面方向上的发散角和垂直于 P-N 结平面方向的发角的比值从 0.2:1 到 0.6:1 不等。
图 2-2 高斯光束参数光器在垂直于光轴的平面上的光强分布近似为高斯分方得到 22,,exp2xyxyIxyzAz 中， A z是与x 和y都无关，只与z 有关的系数，x 和和平行于 P-N 结平面方向上的光束的束腰半径。体激光束的发散特性光器的有源区相当于一个矩形的平面介质波导，其宽样的激光束在传播时容易发散，通常情况下有源区的得在垂直于 P-N 结的方向上衍射效果比平行于 P-N 结现为垂直于 P-N 结平面方向上的激光发散角大于平行
【参考文献】：
期刊论文
[1]自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析[J]. 严一民,杨华军,陈伟军,李东. 激光与红外. 2011(05)
[2]Beam collimation of the laser diode with a heteroaxial double half-elliptical cylinder lens[J]. 高全华,曾晓东. Optoelectronics Letters. 2010(06)
[3]自由曲面光学元件的设计、加工及面形测量的集成制造技术[J]. 李荣彬,张志辉,杜雪,孔令豹,蒋金波. 机械工程学报. 2010(11)
[4]自由曲面光学的超精密加工技术及其应用[J]. 李荣彬,张志辉,杜雪,孔令豹,蒋金波. 红外与激光工程. 2010(01)
[5]布拉格光纤光传输特性研究[J]. 杨华军,胡渝,刘静娴,李成红,谢康,荣健. 光电子.激光. 2007(12)
[6]大功率半导体激光器二元光学消像散准直器件设计[J]. 谢梦,曾晓东,安毓英. 红外与激光工程. 2007(01)
[7]湍流引起的空间光到单模光纤耦合功率的衰落[J]. 向劲松,胡渝. 激光杂志. 2006(04)
[8]光子晶体光纤的耦合分析[J]. 陈丽颖,孙军强. 光学与光电技术. 2006(03)
[9]半导体激光器发展概论[J]. 刘凤英,王艳辉,李桂琴. 物理与工程. 2000(06)
[10]半导体激光器的进展[J]. 王莉,张以谟,吴荣汉,余金中. 激光与红外. 1999(05)
博士论文
[1]广义非球面透镜的设计、制作及应用研究[D]. 曹兆楼.中国科学技术大学 2014
[2]大功率LED封装与应用的自由曲面光学研究[D]. 王恺.华中科技大学 2011
[3]半导体激光器光束传输特性研究[D]. 徐强.西安电子科技大学 2007
[4]半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究[D]. 于海鹰.北京工业大学 2006
硕士论文
[1]大功率半导体激光器非球面透镜组准直整形技术研究[D]. 方珍珍.电子科技大学 2017
[2]光子晶体光纤传输特性及其在光通信中的应用研究[D]. 黄玉纯.电子科技大学 2015
[3]光通信系统中的激光准直与耦合技术研究[D]. 王冰.电子科技大学 2014
[4]基于LED光源的自由曲面照明透镜的设计研究[D]. 鲍志聪.清华大学 2013
[5]空间光—光纤高效耦合系统的设计与实现[D]. 李拓辉.电子科技大学 2010
[6]空间光—光纤耦合技术研究[D]. 邓科.电子科技大学 2007
本文编号：3336595
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