激光准直系统的设计

基于zcmax的半导体激光准直和整形设计摘要半导体激光技术作为一种新兴的光学技术，在现代光电领域有着广泛的应用。

其中，半导体激光的准直和整形技术在现代制造业中有着重要的作用。

本文将介绍基于zcmax的半导体激光准直和整形设计的原理、方法和实现过程，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

引言近年来，半导体激光技术逐渐得到了广泛的应用。

其中，半导体激光准直和整形技术在检测、制造、医学和通信等领域中都有重要的应用。

半导体激光的准直和整形技术可以产生高纵向和横向质量的光束，使得光束更加聚焦和定位。

本文将介绍基于zcmax的半导体激光准直和整形设计的原理、方法和实现过程。

半导体激光的准直和整形技术半导体激光的准直和整形技术是为了使光束的质量达到更高的水平，使其更加符合实际的应用场景而产生的技术。

其中，准直和整形是两个相关的概念，它们可以分别被认为是光束纵向质量和横向质量的调整。

半导体激光的准直技术半导体激光的准直技术是为了使光束的纵向质量更好而产生的技术。

准直主要包括长腔和短腔两种。

长腔准直可以通过实现自相关和外相关来实现。

自相关是指在反射式或折射式镜子的集中位置改变镜子的位置以实现的过程，而外相关则是指通过调整共振腔长度来实现的过程。

短腔准直可以通过施加电流而实现，这种方式可以产生更好的横向和纵向模式。

半导体激光的整形技术半导体激光的整形技术是为了使光束的横向质量更好而产生的技术。

整形技术主要包括相位控制、空间滤波和阵列整形。

其中，相位控制可以通过电区调制器来实现；空间滤波可以通过使用球面透镜和非线性水晶来实现；阵列整形可以通过阵列型耦合器和固化紫色迈来实现。

基于zcmax的半导体激光准直和整形设计zcmax是一个用于实现基于半导体激光的准直和整形技术的自动化设计工具。

它可以实现自动设计高纵向和横向质量的光束。

zcmax包含了两个主要的设计部分：准直和整形。

其中，准直部分实现了长腔和短腔两种准直方式，整形部分实现了相位控制、空间滤波和阵列整形。

激光准直的真实原理是什么激光准直是指通过特定的光学元件以及光学设计手段，使激光光束具有平行光特性的过程。

在激光技术的应用中，激光准直是一个非常重要的工艺步骤，它能够确保激光束在传输过程中的方向性、光强、光斑尺寸等参数的稳定性和一致性，从而提高激光系统的成像质量、测量精度和功率效率等方面的性能。

激光准直的真实原理主要包括两个方面：光学元件的选择和光学系统的调整。

第一，光学元件的选择：在激光准直的过程中，光学元件起到了至关重要的作用。

其中，最常用的光学元件包括准直透镜、锥形透镜以及棱镜等。

准直透镜是最常见的光学元件之一，在激光准直中主要用于改变光束的方向、焦距和尺寸等参数。

而锥形透镜则可以将被准直的光束聚焦成较小且尺寸均匀的激光光点，从而实现光束的微聚焦。

另外，棱镜可以通过反射和折射等光学原理，对激光光束进行线性调整，实现光束的偏转和对准等功能。

根据激光准直的要求和实际应用场景的不同，选择合适的光学元件是至关重要的。

一般来说，需要综合考虑光学元件的透射率、折射率、材料的热膨胀系数以及成本等因素，以确保光学元件能够在激光准直中具有较好的性能和稳定性。

第二，光学系统的调整：在选择合适的光学元件后，还需要对光学系统进行精确的调整，以实现激光准直的目标。

光学系统的调整主要包括光路对准、调焦和调整光斑尺寸等方面的操作。

首先，进行光路对准是激光准直的重要步骤。

通过调整光学元件的位置和角度，使得光线在系统中的传输路径保持平行，以确保激光光束具有稳定的方向性和光强分布。

其次，进行调焦操作是实现激光准直的关键环节。

通过改变准直透镜或锥形透镜的位置和焦距，使激光光束能够在一定距离内保持最佳的聚焦效果，以实现激光准直的最终目标。

此外，调整光斑尺寸也是激光准直中需要考虑的因素之一。

根据实际需要，通过调整光学元件的直径、形状和倾斜角度等参数，改变激光光斑的大小和形状，以满足特定的应用需求。

综上所述，激光准直的真实原理主要包括光学元件的选择和光学系统的调整。

基于Zemax的半导体激光准直和整形设计作者：陆兵兵来源：《科技视界》2015年第17期【摘要】通过对半导体激光光束特性进行分析，依据费马原理和非球面方程理论，对半导体激光准直系统进行数学建模，设计了利用两片式非球面透镜准直系统，并在zemax软件中进行了仿真，最后完成指标，具有良好的效果。

【关键词】Zemax；准直；非球面0 引言半导体激光器因其体积小、重量轻、阈值电流低等特点已被广泛应用于材料加工、激光通信、信号处理、医疗、军事等相关领域。

但由于半导体激光有源层在横向和侧向的尺寸不一样，导致出射光束发散角较大且不均匀，严重影响了能量的传播和后续的测量过程。

一般常用的激光准直的方法有圆柱透镜法、非球面柱镜法、光纤耦合法、渐变折射率透镜法和液体透镜法等。

本文主要介绍利用两片非球面柱透镜的方法进行激光准直，并在zamax软件中进行仿真，同时提出一种对点光源整形为线光源的方法。

1 半导体激光光束特性半导体激光的发光原理是基于受激光发射，满足粒子数翻转和阈值条件，模式可分为空间模和纵模。

因为在横向和侧向的尺寸不一样，导致的衍射效应叠加的结果也不一样，最后形成输出光束为椭圆高斯的光束。

本文讨论的是小功率半导体激光器，因为它的发光面尺寸较小，近似用基模高斯分布来分析，输出光束的光强分布可用下面的公式给出：2 非球面准直透镜组设计2.1 非球面方程介绍Z（r）为非球面的凹陷度；r为非球面的孔径半径，r2=x2+y2（若只考虑YOZ平面的话，x可以为零）；c为曲率半径的倒数；k为圆锥系数。

2.2 非球面方程参数确定横向在光学设计中也可以理解为子午方向上，即YOZ平面，如下图所示。

在准直设计中会给出目标光斑大小y以及透镜折射率n，这样？琢■、y、n已知，计算得到，再代入式（6）～（8）中求出横向非球面透镜的参数。

侧向的柱透镜的非球面方程系数可通过上面过程同样可以得到。

3 软件仿真与整形系统介绍3.1 参数计算3.2 zemax仿真及结果对比在非序列模式下对光源建模可以用软件里面自带的Source Diode，然后设置它的子午方向和弧矢方向的发散角，两个柱透镜的建模可以使用软件里面集成的Biconic Lens，然后根据本章计算得到的参数输入到相应的位置中，再在透镜后的位置放置Detector面，最后对半导体激光光线进行追迹，用接收面积为60mm*60mm的接收面在距离光源50mm、100mm和200mm 处分别采集光斑图样，并与没有加准直透镜的系统进行比较。

《半导体激光器准直物镜设计》
一、已知条件
充分掌握工程光学的理论和典型光路的基础上，利用像差理论进行简单光路的光学参数计算和设计，并利用Zemax光学设计软件进行仿真和参数优化，达到理论和实际应用相结合。

二、设计要求
灵活运用工程光学课程重所讲授的内容，进行近轴光路的计算，设定初始光学参数；熟悉Zemax光学设计软件的基本功能和用法，并进行简单光路的模拟和优化。

设计要求：采用双胶合（Doublet）结构，D/f=1/3，通光口径D：5 mm
半视场角：0°设计波长：0.656um
计算：系统焦距f，后焦距（BFL）
半导体激光器准直物镜设计（双胶合结构）参数
三、要完成的任务
1、根据设计要求完成参数的计算，并利用Zemax软件进行参数的优化，最终得到半导体激光器准直物镜的设计参数，以及相应物镜结构与光线追迹图。

2、撰写设计说明书，封皮统一，正文格式规范，用A4纸打印装订。

激光准直原理激光准直是激光技术中非常重要的一部分，它是指将激光束从发射源出来后，通过一系列的光学器件，使其直线传播并保持其直径不断减小的过程。

激光准直的原理是基于光学器件对激光束进行调整和控制，使其在传播过程中保持一定的直径和方向。

激光准直的原理主要包括以下几个方面：1. 激光发射源。

激光发射源是激光准直的起始点，它可以是激光二极管、固体激光器、气体激光器等。

这些激光发射源会产生一束高度聚焦的激光束，但由于光学器件的限制，激光束往往会存在一定的散射角度和直径。

2. 准直镜。

准直镜是激光准直中最常用的光学器件之一，它可以将激光束进行调整，使其直线传播并减小其直径。

准直镜通常由透镜或反射镜组成，通过镜面的曲率和表面处理，可以有效地调整激光束的方向和直径。

3. 调焦镜。

调焦镜是用来调整激光束的焦距和聚焦效果的光学器件，它可以使激光束在传播过程中保持一定的直径和焦点位置。

通过调焦镜的调整，可以使激光束在远距离传播时保持一定的聚焦效果，从而实现远距离准直。

4. 光学系统。

除了准直镜和调焦镜外，激光准直还需要配合其他光学器件，如棱镜、光栅、偏振片等，来实现对激光束的精确控制和调整。

光学系统的设计和优化对于激光准直的效果至关重要，它可以有效地改善激光束的质量和传播特性。

5. 控制系统。

激光准直还需要配合一套完善的控制系统，通过对光学器件的精确控制和调整，来实现对激光束的准直和调焦。

控制系统可以采用手动控制或自动控制，通过精密的控制算法和反馈机制，可以实现对激光束的高度精准的调整和控制。

总结起来，激光准直的原理是基于光学器件对激光束进行调整和控制，使其在传播过程中保持一定的直径和方向。

通过准直镜、调焦镜、光学系统和控制系统的配合，可以实现对激光束的精确控制和调整，从而实现远距离传播和高质量准直的效果。

激光准直在激光通信、激光雷达、激光加工等领域有着广泛的应用，它对于提高激光系统的性能和稳定性具有重要意义。

高精度激光测量系统设计与实现激光测量是一种通过测量光束的特性来获取目标物体相关数据的技术。

高精度激光测量系统设计与实现是一个复杂的过程，需要综合考虑光学、检测和系统控制等方面的知识。

本文将介绍高精度激光测量系统的设计和实现步骤。

一、需求分析在设计高精度激光测量系统之前，首先需要进行需求分析。

需求分析的目的是明确测量系统要实现的功能和性能要求。

根据不同的应用场景和需求，我们可以确定测量系统的精度、测量范围、测量速度等参数。

二、激光器选择在高精度激光测量系统中，激光器是一个关键组件。

激光器的选择应根据需求分析的结果和实际情况进行。

常见的激光器有氦氖激光器、二极管激光器、固体激光器等。

不同类型的激光器有不同的特性和输出功率，需要根据实际需求进行选择。

三、光学系统设计光学系统是高精度激光测量系统中的另一个重要组成部分。

光学系统的设计要根据具体应用场景进行选择。

光学系统包括激光发射器、光束形状调整器、光学透镜和光电探测器等组件。

通过适当的设计和优化，可以提高激光测量系统的精度和稳定性。

四、探测器选择探测器是用于接收和转换光信号的装置，对于高精度激光测量系统的性能起着关键作用。

常见的探测器有光电二极管（PD）、光电倍增管（PMT）和CCD等。

不同类型的探测器有不同的响应速度和噪声水平，需要根据实际需求进行选择。

五、系统控制系统控制是高精度激光测量系统中一个重要的环节。

系统控制包括激光调节、光路调整、数据采集和信号处理等过程。

合理的系统控制可以提高激光测量系统的稳定性和精度。

通常，我们可以使用微控制器或者计算机来实现系统控制。

六、误差分析和校正在实际应用中，高精度激光测量系统难免会出现误差。

误差分析和校正是确保测量系统精度的关键步骤。

通过对系统的误差源进行分析和校正，可以提高激光测量系统的准确性。

七、系统性能评估在完成系统设计和实现后，需要对系统的性能进行评估。

系统性能评估可以用来检验系统是否满足需求分析中的要求。

课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导老师：工作单位：理学院物理系
题目：LED光束准直系统的设计
初始条件：计算机，Code V 光学设计软件
要求完成的主要任务：
1．技术要求：
设计一个LED光束准直系统，要求：
（1）准直后的光束，波长1550nm的光能进入到纤芯直径为10μm光纤中传输，纤芯折射率为1.46，光源发光面尺寸是1mm2，半发散角为30°；
（2）透镜的个数和面型不限，主要以球面透镜为主，且不多于4片透镜；
（3）用Code V进行仿真设计；
（4）能自由查看仿真系统的参数、结构图及像差图。

2．主要任务：
（一）设计方案
（1）系统的设计参数计算；
（2）具体设计；
（3）优化过程；
（4）像差查看及分析；
（二）实现步骤
（1）查阅相关资料，学习Code V，熟悉仿真软件；
（2）利用Code V进行系统仿真；
（3）通过优化达到设计要求；
（4）撰写设计说明书，进行答辩。

3．撰写课程设计说明书：
封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期
任务书
目录
正文：1、主要设计参数；2、参数计算；3、Code V仿真；4、优化；5、像差分析；6、心得体会；7、参考文献
时间安排：
课程设计时间：
1周：明确任务，查阅资料，提出设计方案并答辩；
2周：按照设计方案进行程序编写并调试通过；撰写课程设计说明书。

指导教师签名：年月日
系主任（或负责老师）签名：年月日。

激光准直技术在工业生产生活中的应用摘要：激光由于具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特点，在工程、医疗等方面得到了广泛的应用。

因此，对激光准直技术的研究具有重要意义与广泛的前景。

这里就激光准直技术的工作原理及其在基本建设工程施工测量中的应用做简单介绍。

关键词：激光、准直仪、准直基线1、引言随着世界工业技术的迅猛发展,对各项几何参数的测量精度要求越来越高。

直线度测量是集合计量领域里最基本的计量项目之一，直接影响仪器精度、性能、质量，也是机械加工中常见又重要的测量项目。

在精密仪器制造与检测、大尺寸测量、大型仪器安装与定位、军工产品制造等领域中有着广泛应用。

2、原理激光准直的原理如图1所示，由激光器L发出一束单横模的激光（一般为可见光，通常采用氦氖激光器的0.633µm波长的光），利用倒置的望远镜系统S，将光束形成直径很细的（约为几毫米）的平行光束，或者将光束在不同距离上聚焦成圆形小光斑。

此平行光束中心的轨迹为一条直线，即可作为准直和测量的基准线。

在需要准直的位置处用光电探测器接受准直光束。

该光电探测器为四象限光电探测器D（即由4块光电池组成），激光束照射到光电探测器上时，每块光电池会产生电压V1，V2，V3，V4。

当激光束中心照射在光电探测器中心处，由于4块光电池收到相同的光能量，产生的电压值相等；而当激光束中心偏离光电探测器中心时，将有偏差电压信号Vx和Vy；Vx= V1 -V3，Vy= V2 - V4由此偏差电压即可知道接收点位置的偏移大小和方向。

图1 激光准直仪结构图按检测原理激光准直技术大致可分为三个类型：（一）振幅(光强)测量型由于激光漂移、光线弯曲、大气扰动以及光束横截面内光强分布的不对称性的影响，直接利用激光本身作准直基线，稳定性最好也只能达到10−5量级。

为提高准直精度，必须有效地克服上述影响，于是出现了多种设计方案。

1、菲涅尔波带片法激光束通过Fresnel波带片形成十字形的能量分布。