第。卷第期华中理工大学学报·年月激光二极管准直光源光学机械系统设计与调试陈海清常扬燕阮玉光电子工程系引官在数字音频唱机的开发方面,激光二极管由于具有一系列独特的优点,在科学与工程应用领域获得越来越广泛的应用川值得指出的是,激光器其光学和电气特性方面存在一些特别的问题,输出光束是发散的椭圆的存在固有像散环境温度的变化不仅影响其使用寿命,还会影响到其波长漂移和量子效率的变化因此在实用时,必须对光束进行高质量准直,同时还应考虑系统的光能利用效率问题为此,在研制高性能准直光源时,必须解决好以下四个问题设计好准直物镜使其与激光二极管特性相匹配设计合适的机械机构使与准直物镜集于一体,同时能够方便地进行精密光学对准,而且要具有一定的机械强度,使其能够承受一定的振动与冲击,。研制有效的质量测试系统,以确保获得高质量的准直光束,研制安全可靠的驱动电源,以确保使用安全,延长寿命光学机械系统设计一般的增益波导结构的激光二极管,接平面方向与接平面垂直方向上的光波导面的焦点位置,相互要偏离皿左右,因而在轴向方向上好象有两个光点因此,要想获得理想的光束,必须校正像散,而对系统精细调整比较麻烦据参考文献〔习,从衍射理论及高斯光束特性出发,在不需要校正像散情况,可导出扩束系统扩束比粼,夕,式中,,和口,光束发散角之比在小于时为最适合的如果系统对光能利用效率不作过高要求时,可采用光阑法对光束进行整形,系统的像散不需加以校正〔〕,此时的光能利用效率一尸,兀一〔一“〕、一七一一“一“左北口式中,光束发散角比,小于时为最适合的。准直物镜的设计取决于的技术参数激光波长、发散角口和,、椭圆率、窗口收稿日期一一华中理工大学学报年保护玻璃片的厚度与材料以及镜筒长度。系统选型及像差准直光源的能量藕合效率主要决定于物镜的数值孔径确定数值孔径大小的公式为在准直物镜设计中,采用了三组四片式结构其光学结构如图所示,它由一双胶合透镜与二个单透镜组成这种特别的透镜结构具有较大的数值孔径、较大的工作距离与光谱应用范围。第一透镜的第一光学面设计为平面,这样便可方便地修正由于窗口玻璃厚度公戎图准直物镜光学结构图窗口厚度偏差校正差所引人的像差图中参数分别是焦距工作距牙数值孔径二透过率丁使用波长一设计结果是令人满意的,波像差值均小于人传递函数值如表所示由于窗口厚度的变化对系统像差特性影响很大,为了获得高质量的准直光束,必须在具体情况下根据窗口保护玻片的厚度大小公称值为。,来修正第一片透镜的厚度实际中是采用选配参考图,依如下方程便可确定修正后的透镜厚度,其基础是光学—系统的三级像差理论〔‘〕。主一二添一〔粼兰一〕在典型情况下,即二,二二乳时,则有乞一。此式表明窗口厚度的增加,就要求等量减小第一片透镜的厚度表,加时的计算值高斯像面离焦一。视场。。。勺翻山了‘︻门了上,﹄,只︸。。。王。。。⋯机械结构准直光源的机械结构的设计方案直接影响到最后调试精度,为了实现在准直物镜光轴上的三维调整,完成精密对中心与调焦,设计了如图所示的机械结构,以便于第期陈海清等激光二极管准直光源光学机械系统设计与调试调试,定位「湍赘撇淤华耀口丛瀚者口“万、图机械结构图‘对中心原理。准直物镜。套筒。调整螺钉激光器准直物镜对中心物镜准宜光派调试准直光源系统的装校方法至今仍是值得研究的课题,当然在横向剪切干涉仪或径向剪切干涉仪上进行调试,是十分科学而可靠的并且可得到波像差的定量数据,然而实用化的工作比较繁琐本文采用的调试方法比较简单,能保证足够高精度,实用方便调试装配分两步进行对中心,使激光器发光中心与准直物镜中心同轴调焦,确保出射准直光束的发散角小于对中心图所示为对中心原理示意图当发光面偏离准直物镜光轴时,出射光束之主光轴相对准直物镜光轴有一倾角,经对中心物镜在共扼像面上获得发光面的像,偏离中心。其距离为旋转准直物镜镜筒时,光点以直径为圆形跳动,调整发光面的位置,使之光点不动为止,即表示发光面已调整到准直物镜光轴上,从成像原理可知,调整精度取决于对心物镜的放大倍率对中心物镜的放大倍率沁,光点在屏上的跳动直径为,则对中心误差为乙二对调焦。,丁参考图调整准直物镜与激光崖址熹断二极管之间的间隔,便可进行口戈一梦之组曰一喇里喇刃‘—调焦图所示为激光束发散度的测口一,量示意关系波长的激光束能见度非常一差,测量时,在红外磷光片上成像用、万读数显微镜分别测量在两个位图光束发散度测试置两个方向上的刀,,和刀尸,。准直物镜。驱动电源华中理工大学学报年尸长度,工和两个位置之间的