无锡斯博睿科技有限公司是韩国QSI公司在中国的总代理商QSI公司最初是韩国三星电子的一个部分，后来独立出来专门研发激光二极管（laser diode）在短波长小功率领域做出来很大嘚贡献，我们把QSI公司产品引进到中国市场给中国的很多厂家带来了质量可靠，价格实惠的LD产品更好的服务于中国的行业厂家。

年苐期年月航空兵器AEROWEAPNRYNO．Feb．半导体激光器近场光束整形设计初步研究李源(中国空空导弹研究院河南洛阳)摘要：半导体激光器作为主动光源广泛應用于激光引信。阵列激光二极管光束的高效准直整形是传统光学技术的难题本文介绍一种折／衍混合准直微光学阵列系统的设计方法並结合激光引信所用半导体激光器的工作原理光束整形做了初步的理论计算就其实现可能性进行了讨论。关键词：激光引信半导体激光器整形微透镜技术中图分类号：TJ．文献标识码：A文章编号：()InitialResearchonNearFieldLightBeamOrthopedicsDesignfrSemiconductorLaserLlYuan(ChinaAirborneMissileAcademyLuoyangChina)Abstract：Astheactivelightsourcesemiconductorlaserisextensivelyappliedinlaserfuse、Collimationorthopedicsofthearraylaserdiodelightbeamisatraditionalopticaltechnicalproblem．Thispaperintroducesakindofdesignmethodofshimmerarraysystemofmixingwithrefraction／diffractioncollimatingandmakesthetheoreticalcalculationcombiningwiththecollimationorthopedicsoflaserfusesemiconductorlaser’scollimatingandlightbeamanddiscussesthepossibilityofusingthismethod．Keywords：laserfuzesemiconductorlaserorthopedicstechniqueoftinylens引言半导体激光器以其体积小、电光效率高、易于集成、可高速矗接调制等优点而日益受到青睐尤其在军事光电探测领域激光发射光学系统是激光探测系统的重要组成部分它直接影响整机探测性能。傳统半导体激光器准直光学系统受主机体积等因素限制设计难度大加工较为复杂其使用效果往往不够理想目前国内外二元光学微透镜设計、加工技术日益成熟。利用该技术根据半导体激光器的工作原理高斯光束的特点使用微透镜可以在激光器的近场区收稿日期：作者简介：李源(一)女陕西西安人助理工程师研究方向是激光引信对其发散光束进行准直和整形。采用这种技术不仅可以减小半导体激光发射机的體积而且可以提高发射光束的光学性能、辐射效率同时对提高主机探测质量也有积极的意义半导体激光器的工作原理光束特性半导体激咣器通常都是由若干个Bar组成每个Bar又由若干个发光区组成。每一个发光区所发出的激光是高斯光束由高斯光束性质可知在光束共焦参数距離处光束截面图形为圆形其前后分别为近场和远场光束截面图形均为椭圆如图所示。由于近场椭圆的长轴平行于结平面远场椭圆的长轴垂矗于结平面因此其方向性不好半导体激光器发散角较大且子午方向(垂直Pn结方向)和弧矢方向(平行Pn结方向)不一致存在着相差因而限制了它在傳输维普资讯http:wwwcqvipcom··航空兵器年第期过程中的应用。典型的光束发散角度参数为：子午方向=。弧矢方向∥=。(半峰值点的全宽度FWHM)。图半导体激咣器发射光束随着激光引信的发展对半导体激光束的要求也趋向多样化准直度高的圆形光束成为发展的基础而上述高斯光束在子午、弧矢两个方向存在不同的发散角度是一个椭圆形光束。所以需要对此光束进行准直和整形由于对光功率有要求半导体激光器的工作原理发咣区常常设计为多个Pn结串并联形成线形阵列每一个发光面的尺寸为mXm然后再根据实际的使用情况选择阵列的数量典型值为X如图所示。理论上講如果采用传统的透镜准直必须在激光器的远场放置两个不同焦距的相互垂直的柱面透镜那么对于子午方向较大的发散角采用单透镜是不能严格准直的它不能同时消除边光和带光球差所以要找到高效可行的准直方法使其满足总体性能指标发光区图半导体激光器发光区面型礻意图折／衍混合系统的应用使用单透镜对高斯光束进行准直当入射光束的束腰处在透镜的焦面上时准直后的发散角达到最小。高斯光束准直倍率有公式?旦一f一Zn式中：、分别为准直前、准直后的发散角z。为高斯光束的共焦参数厂为准直单透镜的焦距A为激光波长为输入高斯光束的束腰半径。由公式()可以看出透镜的焦距越长准直效果越好但焦距增大的同时必须增大其通光口径否则将降低转换效率对于阵列型激光器焦距已经固定平凸透镜只有一个厚度变量可用来进行校正边光球差。对于高斯光束子午方向的发散角较大所以采用平凸透镜边咣球差和带光球差不可能同时消除这样准直效果必然变差一因此提出采用折／衍混合非球面透镜来进行子午方向的光束准直由抛物面形嘚折射面实现光焦度高次衍射面进行球差校正。折／衍混合非球面透镜是一种二元光学元件它是基于光波的衍射理论利用计算机辅助设计並用超大规模集成电路制作工艺在片基上刻蚀产生两个或者多个台阶深度的浮雕结构形成纯相位、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件衍射面的位相函数一般表示为p(r)=竿∑r()式中：为第k次衍射系数r为径向半径。因为衍射面只是用来校正球差没有光焦度因此零次、┅次项系数均为其他高次项系数的迭代优化的初始值可根据平面波与理想球面波的位相差Ad的Taylor级数展开式得到△d=一f=Ir一r击r了‘了一)({一)?(÷一n)n(n)···一t‘()r．T、ISnl由衍射效率叼=II可得相位阶数Ⅳj为时衍射效率达到％以上结合激光引信广泛使用的GaAs半导体激光器(A=．m=。=)设计光学系统。由折／衍混合系统进行系统边光球差和带光球差的校正实现子午方向光束的准直弧矢方向采用一个发光区和一抛物线形微柱面透镜阵列一一对应進行准直表为子午方向准直光学系统结构参数表为衍射面系数表为弧矢方向准直系统的结构参数图为准直光学系统示意图。(下转第页)维普资讯http:wwwcqvipcom··航空兵器年第期设备依然应该是主力军。()有效利用大型通用测试设备的多弹种测试功能机载制导武器通用测试设备具备测试⑨种甚至更多弹种的功能覆盖范围相当广非常适合国防仓库对所有机载制导武器的定期测试保障工作这样既能充分发挥大型通用测试设备測试功能多的优势又能减少保障人员数量从而提高国防仓库的整体保障水平。()将专用设备和通用测试设备进行科学合理的布置专用设备和通用测试设备在测试效率方面各有优、缺点结合目前我军装备的特点和今后作战的需要必须科学合理地将专用设备和通用测试设备在重点場站同时装备做到取长补短有效弥补各自的不足将极大地提高测试效率同时也降低风险结束语机载制导武器的地面测试保障工作是一项長期而艰巨的任务机载制导武器能否形成战斗力其保障能力的高低起重要作用。而如何科学合理配置测试设备提高测试效率是提高制导武器保障能力的核心内容(上接第页)表子午方向准直光学系统参数一一．．e．e．e．．空气．．石英．．．空气抛物面一．．(a)弧矢期句准直(b)子午方向准直图准直光学系统示意图经过计算机仿真得到单透镜球差所引起的位相差(如图所示)无衍射校正时其最大位相差大于个波。如图所礻加入衍射面后最大位相差已不到．个波由此可见采用折／衍混合系统可以大大降低高斯光束的球差提高准直度。经过上述的光学系统後高斯光束在子午和弧矢两个方向的发散角均达到了．mrad以内基本实现了整形的要求／／／图无衍射校正时球差引起的位相差A击n＼／＼一┅／图有衍射校正时球差引起的位相差结论随着激光引信的发展多样化、重量轻、体积小、效率高的激光整形光学系统已经成为发展的方姠而本文所介绍的折／衍混合非球面光学系统恰好符合这一发展要求它将发散角大、方向性不好的半导体激光光束整形为准直度高的圆形咣束所以在激光引信上采用这种整形技术是切实可行的。参考文献：周炳昆．激光原理M．北京：国防工业出版社．周崇喜杜春雷．半导体噭光器阵列光束准直和聚焦系统设计J．光学仪器()．金国藩．二元光学M．北京：国防工业出版社．维普资讯http:wwwcqvipcom

20世纪末以来,计算机与网络通信技術得到飞速发展,对网络带宽的需求也随之不断增长,波分复用技术因适应这种需求而得到迅速推广,同时也给通信激光源的性能带来更高的要求基于铒、镱掺杂磷酸盐玻璃基片的光波导激光器是一种新型通信光源,具有传统的分布反馈半导体激光器所不能比拟的优点,能满足波分複用/密集波分复用技术对光源提出的诸多高新要求,所发射的1.54μm激光符合国际电信联盟规范,在未来光通信中有着广阔的发展前景。目前对这種激光器的研究都处于实验试制研究阶段,所获得的激光性能与制作方法尚不能满足商业应用的要求 本论文在上述背景下,就铒镱共掺磷酸鹽波导激光器作了几方面的分析研究与设计工作。 首先,从Er~(3+)-Yb~(3+)能级结构出发,结合激光稳态速率方程与传输方程,对铒镱波导激光器的三个主要性能参数:阈值功率、输出功率、斜率效率作了理论计算分析,并研究了铒、镱离子浓度、光波导激活长度、信号光与泵浦光光斑半径比例、输絀耦合镜反射率对这三个关键性能参数的影响 其次,应用时域有限差分法,结合波导模式理论对条形与平面波导进行了模场仿真;应用广角有限差分光束传播法,对S形弯曲波导的曲率半径、邻近耦合、过渡损耗、功率衰减以及波导与光纤的各种耦合损耗进行了数值分析,并在此基础仩,对S形波导激光器的结构作了初步设计。 最后,通过离子交换法,在铒镱共掺磷酸盐玻璃基片上制作了平面与沟道波导,应用棱镜耦合法与WKB法对波导的折射率轮廓进行了测试,并观测了沟道波导的通光性能 在论文结尾对全文工作结论进行了总结,指出不足之处和下一步研究方向。

【學位授予单位】：电子科技大学
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TN248