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大功率激光二极管光束准直元件的设计与分析

作　者: 李长垒
导　师: 来建成；李振华
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 大功率激光二极管 光束准直 二元光学 杨顾算法 准直效果
分类号: TN31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 245次
引　用: 1次
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内容摘要


激光二极管器件的日益成熟,提供了一种高能量、低功耗、小型化、高可靠性的低值激光光源,促使激光测距和激光雷达技术向小型化方向发展。小型高效的激光二极管光束准直系统的设计是发展微型激光测距仪和激光雷达的关键所在,它直接影响着系统的探测能力和小型化程度。为此,本文引入衍射光学元件用作激光二极管光束的准直元件,发挥激光相干特性的作用,可突破几何光学原理的约束,从而实现激光二极管光束准直元件的小型化和高效率设计。论文在概述了国内外激光二极管准直技术的研究现状,并对相关方法进行了分类评述的基础上,给出了激光二极管光束准直二元光学元件的设计和性能评价方法。在MATLAB6.5环境下,编写了二元光学元件的设计程序和准直性能的评价程序。根据激光二极管(阵列)光束的理论描述模型,通过实验测量了典型激光二极管(阵列)输出光束在远场的光斑分布,验证了激光二极管光束理论模型的准确性。以海特光电公司提供的LDM-0808-003W-X3型激光二极管单体(发光结大小为1μm×100μm)为准直对象,设计了相应的二元光学准直元件,对光束快慢轴方向分别实现了1mrad和1.5mrad的准直效果,耦合效率达到86.5%,元件尺寸仅为7mm×0.84mm。通过数值计算,讨论了算法参数对设计结果的影响,分析了波长温漂对二元光学元件准直效果的影响。在此基础上,讨论了激光二极管线阵的二元光学准直技术。通过数值计算分析了单体间隔对于二元光学阵列实现激光二极管线阵光束准直效果的影响。针对三叠层隧道结激光二极管,设计了二元光学准直元件,快慢轴方向分别实现了1mrad和1.6mrad的准直效果,耦合效率达到86.5%,元件尺寸为7.5mm×0.94mm。本论文利用二元光学元件对激光二极管(阵列)光束进行准直研究,取得的研究结果对于微型激光测距仪和激光雷达光学发射系统的设计有一定的参考价值。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 研究现状  8-12
    1.2.1 激光二极管(阵列)输出光束准直的几何光学方法  8-10
    1.2.2 激光二极管(阵列)输出光束准直的物理光学方法  10-12
  1.3 本文的主要工作  12-13
2 光束准直二元光学元件的设计与分析方法  13-19
  2.1 二元光学元件设计的理论基础  13-15
    2.1.1 二元光学元件的设计原理  13-14
    2.1.2 光束抽样原理  14-15
  2.2 光束准直二元光学元件的设计算法  15-17
  2.3 光束准直二元光学元件的性能评价方法  17-19
3 激光二极管(阵列)输出光束的描述模型  19-26
  3.1 激光二极管输出光束的描述模型  19-21
    3.1.1 小功率激光二极管光束描述模型  19-20
    3.1.2 大功率激光二极管光束描述模型  20-21
    3.1.3 光束模型参数p、q的确定  21
  3.2 激光二极管阵列输出光束的描述模型  21-22
  3.3 典型激光二极管光束分布的实验研究  22-26
    3.3.1 小功率激光二极管光束分布的实验研究  22-24
    3.3.2 大功率激光二极管阵列光束分布的实验研究  24-26
4 激光二极管光束准直元件的设计与分析  26-40
  4.1 计算参数的确定  26-30
    4.1.1 输入光束模型  26-27
    4.1.2 输出光束的理论分布  27
    4.1.3 光束抽样间隔的计算  27-29
    4.1.4 杨顾算法参数确定  29-30
  4.2 激光二极管光束准直元件的设计结果  30-31
  4.3 二元光学元件性能的评价  31-33
  4.4 算法参数对设计结果的影响  33-36
    4.4.1 抽样间隔对设计结果的影响  33-34
    4.4.2 计算次数对设计结果的影响  34-35
    4.4.3 二元光学元件量化次数对设计结果的影响  35-36
  4.5 波长温漂对二元光学元件准直效果的影响  36-40
    4.5.1 发射波长与温度的关系  36-37
    4.5.2 波长温漂度对二元光学元件准直效果的影响  37-40
5 激光二极管阵列光束准直元件的设计与分析  40-54
  5.1 相干假设下线阵光束准直元件的设计与分析  40-42
  5.2 非相干假设下线阵光束准直元件的设计与分析  42-54
    5.2.1 二元光学准直阵列元件的分离设计与分析  42-48
    5.2.2 二元光学准直阵列元件的整体设计与分析  48-51
    5.2.3 三叠层隧道结激光二极管阵列准直元件的设计与分析  51-54
6 总结与展望  54-56
  6.1 总结  54
  6.2 展望  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-60

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管
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