Оптическая система для преобразования излучения полупроводникового лазера

(5)5 НИ нный институт в, И.Н.Сисакян М 10, .1988, с. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМИ ОТКРЫТИПР И ГКНТ СССРПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Патент США Ь 3476463кл. 350-189, опубл. 1969,Квантовая электроника2128,(54) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА 2(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,Изобретение относится к оптическомуприборостроению и может быть использовано в устройствах, включающих полупроводниковые лазеры, для преобразования ихизлучения в пучок с малой расходимостью. 5Известна оптическая система для коллимации и коррекции лазерного излучения,содержащая отрицательную линзу из бесцветного стекла и положительную линзу изнейтрального стекла (см. авт, св, СССР 10В 986194, 1984),Недостатком этой системы являетсянизкая эффективность использования энергии лазера, обусловленная поглощением внейтральном стекле положительной линзы. 15Известна также оптическая система, состоящая из-двух последовательно установленных по ходу луча асферических линз (см,патент США М 3476463, кл. 350-.189, опубл.1969) 20Недостатками такой системы являютсязначительные габариты и вес, а также сложность изготовления ее асферических компонент.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее полупроводниковый лазери киноформный элемент, выполненный сдвумя уровнями квантования фазы (см. Коронкевич В,П., Полещук А,Г. и Пальчиков 30В.А. Квантовая электроника, 1988, М 10,с, 2128).Недостатками такого устройства является то, что оно не формирует плоскую волну на выходе системы, а также низкая 35эффективность преобразования световойэнергии, обусловленная бинарной функцией фазового пропускания элемента,Целью изобретения является коллимация излучения полупроводникового лазера 40и повышение эффективности преобразования световой энергии.Изобретение обладает "с,лее широкимифункциональными возможностями по сравнению с известными оптическими системамй за счет симметричной .формысколлимированного пучка, Оптическая силакиноформного элемента меньше, чем у прототипа, что позволяет увеличить число уровней квантования и, следовательно,повысить эффективность с 20 - 30% у прототипа до 70 - 80.Цель достигается тем, что в оптическуюсистему, содержащую последовательно установленные полупроводниковый лазер и, киноформный элемент, дополнительно вводят плосковыпуклую линзу, установленнуюмежду полупроводниковым лазером и киноформным элементом плоской сторонойвплотную к киноформному элементу, а киноформный элемент выполняют с высотой рельефа Ь(х,у) = - г аОСЬ д (х,у),А где Х-длина волны лазера; и - показатель преломления материала киноформного элемента гпоб 2 л (1) - функция, равная наименьшему положительному остатку от деления т на 2 й а; в = 1,2 - целое число; 92 (х,у) - фазовая функция, (х,у) - система координат, причем р (х, у) = - Я + т + Я ++2 л Ф, - %1%И1, где б - заданное удаление линзы от излучающего элемента лазера; т 2 = т 1+ Л; Л - заданная астигматическая разность лазера; п - показатель преломления материала2 (пл - 1) линзы; й = 1+ 1- 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 й(х,у) наносится на плоскую сторону линзы по технологии получения реплик решеток.Разность фокусных расстояний 11-12- =Л задается величиной астигматизма выходного пучка полупроводникового лазера. 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 т 1 и т 2, кроме того, должны удовлетворять соотношению2 пл - 1)1 И .112При 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 р(х,у) киноформного элемента 3 рассчитана таким