自學(xué)案例匯編 017：陣列半導(dǎo)體激光二極管光束整形（非序列） 半導(dǎo)體激光器是很常用的激光器件，但是陣列半導(dǎo)體激光二極管通常因?yàn)楣苄究臻g分布的原因而導(dǎo)致光束質(zhì)量較差，難以直接應(yīng)用。光束整形能夠很大程度上地改善空間分布，提高整體光束質(zhì)量，用于光纖耦合傳輸或者直接傳輸應(yīng)用。 以單個(gè)激光二極管個(gè)個(gè)管芯發(fā)光面尺寸大約為1100軸發(fā)散角大約為30度（1慢軸發(fā)散角大約為10度（10019個(gè)管芯按慢軸方向線陣排開，在非序列模式下，有且可以設(shè)置成二維陣列。我們先看一看單個(gè)管芯的參數(shù)如何設(shè)置。 圖17非序列組件列表（參數(shù)較多分段顯示） 如圖17非序列模式下新建一個(gè)文件，輸入四個(gè)組件。系統(tǒng)波長(zhǎng)設(shè)為808序號(hào)1為光源圖光線數(shù)目析光線數(shù)者 出品 自學(xué)案例匯編 目軸發(fā)散角軸發(fā)散角軸的光束超高斯參數(shù)X、他參數(shù)默認(rèn)。需要注意的是，散光源沿束的超高斯參數(shù)接近平頂分布；發(fā)散角參考幫助文檔。各個(gè)參數(shù)的含義，讀者可以一邊修改，一邊對(duì)照光束仿真效果來(lái)理解。 序號(hào)2、3、4均為探測(cè)器，因?yàn)楣馐鵀榘l(fā)散的，所以，探測(cè)器位置不同，探測(cè)器的尺寸設(shè)置也不同，以方便觀察為準(zhǔn)。探測(cè)器像素都設(shè)為500。 圖173種視角） 設(shè)置完畢之后，打開3看光路結(jié)構(gòu)，如圖17接著打開探測(cè)器觀察窗口，并追跡所有探測(cè)器光線，觀察不同位置光線分布。如圖1777別為Z=位置處的光斑形狀。 者 出品 自學(xué)案例匯編 圖17光線分布追跡（探測(cè)器2） 圖17光線分布追跡（探測(cè)器3） 者 出品 自學(xué)案例匯編 圖17光線分布追跡（探測(cè)器4） 接下來(lái)，我們將單個(gè)管芯擴(kuò)展到19個(gè)管芯線陣排列（只需要將參數(shù)設(shè)為19，后將探測(cè)器的尺寸也修改一下，能看出部分光斑特征即可。3者 出品 自學(xué)案例匯編 圖17317光線分布追跡（探測(cè)器2） 圖17光線分布追跡（探測(cè)器3） 打開探測(cè)器光線追跡控制窗口，清空探測(cè)器后重新追跡分析所有探測(cè)器光線。如圖1777別為Z=意，在圖形顯示的參數(shù)非你認(rèn)定各個(gè)管芯光源之間是相干的。而以設(shè)者 出品 自學(xué)案例匯編 置大一些，看上去更光滑?？傊鶕?jù)自己的喜歡選擇即可。 圖17光線分布追跡（探測(cè)器4） 到這里為止，我們還僅僅只是弄好了光源的模型。接下來(lái)可以添加整形組件了。作為簡(jiǎn)單的整形，需要將光束快、慢軸分別準(zhǔn)直，然后將沿慢軸方向排列的子光束重新排成按快軸方向排列。 快軸準(zhǔn)直器選用軸準(zhǔn)直器選用00/500產(chǎn)品。 料80880800/500的參數(shù)大致為：材料808808數(shù)值孔徑注意到，標(biāo)稱參數(shù)中仍然缺少完全建模的信息，例如是否非球面，快軸準(zhǔn)直器也沒(méi)給出表面曲率。另外，慢軸準(zhǔn)直器的后焦距會(huì)受到快軸準(zhǔn)直器光程差的影響等。為了合理建模，可以根據(jù)已知的參數(shù)，在序列模式下，通過(guò)優(yōu)化找到未知的參數(shù)（方法類似于前面雙膠合透鏡章節(jié)里面所提到的，不再贅述），只要不影響建模就可以了。 按照步驟，先添加快軸準(zhǔn)直器。如圖17加非序列組件。快軸準(zhǔn)直器的物體類型為焦距位置），材料類型者 出品 自學(xué)案例匯編 高軸半寬X 化得到的），二次非球面系數(shù)r化得到的），其他參數(shù)默認(rèn)。 探測(cè)器只用兩個(gè)就夠了，一個(gè)探測(cè)器放在位置Z=個(gè)探測(cè)器位置放在位置Z=過(guò)準(zhǔn)直后，快軸發(fā)散角被壓縮，所以第二個(gè)探測(cè)器的設(shè)置完畢，打開3圖17圖17圖17非序列組件列表（參數(shù)較多分段顯示） 圖173者 出品 自學(xué)案例匯編 圖173圖17光線分布追跡（探測(cè)器2） 然后打開探測(cè)器控制窗口，清空所有探測(cè)器內(nèi)存，再重新追跡所有探測(cè)器光線。分別得到如圖17測(cè)器2，位置Z=圖17測(cè)器4，位置Z=示的分析結(jié)果。雖然快軸方向發(fā)散角得到壓縮，但慢軸方向發(fā)散角還很大，探測(cè)器4上者 出品 自學(xué)案例匯編 圖17光線分布追跡（探測(cè)器4） 接著，繼續(xù)添加慢軸準(zhǔn)直器。如前所述，因?yàn)榭燧S準(zhǔn)直器的原因，使得慢軸準(zhǔn)直器與光源之間的位置距離不再是慢軸準(zhǔn)直器的后焦距，而要重新設(shè)定，可以在序列模式下通過(guò)優(yōu)化找到最佳位置。 慢軸準(zhǔn)直器是由多個(gè)小透鏡組成的透鏡陣列，在非序列組件中的物體類型有多種陣列物體提供，但不同的陣列物體配置方式不同，適用性也不同。例如，其參數(shù)設(shè)置中似乎不能生成柱面鏡陣列，所以用不上。這里選擇要有基體就可以隨意生成陣列，適用性比較廣泛。 圖17慢軸準(zhǔn)直器的非序列組件設(shè)置（參數(shù)較多分段顯示） 者 出品 自學(xué)案例匯編 如圖17入非序列組件列表（這里只截取慢軸準(zhǔn)直器部分，其他的與之前一樣）。序號(hào)5為父體組件，物體類型為位置放在Z=在光路中，隨意放置都行），材料類型為轉(zhuǎn)柱面方向設(shè)置為90（因?yàn)橹荒茉O(shè)置單個(gè)軸半高寬軸的半寬度X 他參數(shù)默認(rèn)。注：不影響光路更為妥善的做法是在物體特性的設(shè)置中，勾選繪圖中隱藏則需要勾選序號(hào)6為陣列組件，物體類型為置X 一個(gè)透鏡單元的起點(diǎn)），位置Z 最佳，僅供參考），旋轉(zhuǎn)柱面方向設(shè)置為90，父體組件（序號(hào)）列數(shù)目f Y設(shè)為21，單元間距他默認(rèn)即可。（注意：父體的參數(shù)并非都會(huì)傳給陣列物體，至少坐標(biāo)位置與坐標(biāo)傾斜參數(shù)不會(huì)傳給陣列）。 設(shè)置完畢，更新3別如圖17果看不清楚柱面鏡陣列的曲面方向，可以將局部放大（用鼠標(biāo)框選即可）觀察，是否與設(shè)想的一致。 然后將Z=新追跡光線分析結(jié)果。如果發(fā)現(xiàn)Z=明準(zhǔn)直效果不好，可能參數(shù)設(shè)置有問(wèn)題，比如慢軸準(zhǔn)直器的改后再次重新追跡光線分析結(jié)果，直到基本滿意為止。追跡分析結(jié)果分別如圖17者 出品 自學(xué)案例匯編 圖173圖173圖17光線分布追跡（探測(cè)器3，Z=者 出品 自學(xué)案例匯編 圖17光線分布追跡（探測(cè)器7，Z=快軸、慢軸準(zhǔn)直完畢，就要進(jìn)行下一步了，方向重排。原來(lái)的光斑陣列是沿著就是慢軸方向排列的，而慢軸方向單管芯本來(lái)光束質(zhì)量就差，排在一起后光束質(zhì)量就更差了。但是快軸方向的光束質(zhì)量很好，可以將光斑重新按快軸方向排列，來(lái)提高整體的光束質(zhì)量。 重排光斑需要改變光線傳播方向，一個(gè)反射鏡不夠，兩個(gè)反射鏡才能改變光斑的排列方向。可以先試著重排兩個(gè)或三個(gè)光斑，成功后再擴(kuò)展到所有光斑。為了能夠明確重排后的效果，可以先忽略快軸準(zhǔn)直器方便知道哪個(gè)是快軸或慢軸，勾選圖17如圖17加反射鏡組件，每?jī)蓚€(gè)反射鏡構(gòu)成一組反射鏡對(duì)（序號(hào)7和8一對(duì)（對(duì)應(yīng)一側(cè)的光斑），序號(hào)9和10一對(duì)（對(duì)應(yīng)最中心的光斑），序號(hào)11和12一對(duì)（對(duì)應(yīng)另一側(cè)的光斑）。在每組反射鏡對(duì)中，一個(gè)反射鏡將一個(gè)反射鏡再將如，序號(hào)9的反射鏡以號(hào)10的反射鏡以以時(shí)還要將者其他值，錯(cuò)開兩個(gè)反射鏡位置）。者 出品 自學(xué)案例匯編 圖17忽略非序列組件的設(shè)置 圖17光斑重排反射鏡組件列表（參數(shù)較多分段顯示） 另外兩組反射鏡對(duì)的設(shè)置方式相同，只不過(guò)后在反射鏡組之前和反射鏡組之后放置探測(cè)器，觀察光斑排列的方向。重新追跡分析光線，分別如圖17比兩個(gè)圖，可以看出光斑的排列方向已經(jīng)改變。圖17者 出品 自學(xué)案例匯編 中，快軸在在圖17軸已經(jīng)在打開3圖17視圖看上去，三個(gè)反射鏡組成45度傾斜排列。 圖17光線分布追跡（探測(cè)器2，Z=圖17光線分布追跡（探測(cè)器3，Z=者 出品 自學(xué)案例匯編 圖173173清楚了基本結(jié)構(gòu)之后，就可以將同樣的方法擴(kuò)展到其他所有的反射鏡結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐还舱?出品 自學(xué)案例匯編 有19個(gè)管芯，則需要192=38個(gè)反射鏡，所以編輯起來(lái)還是有點(diǎn)麻煩，需要一點(diǎn)耐心。編輯完畢，更新3圖17將所有的組件都考慮進(jìn)去，重新追跡分析光線，更新探測(cè)器，分別得到171717圖17準(zhǔn)直之后光線分布追跡（探測(cè)器2，Z=0） 圖17重排之后光線分布追跡（探測(cè)器3，Z=者 出品 自學(xué)案例匯編 重排完畢，整體光束質(zhì)量提高，就可以根據(jù)實(shí)際需求，添加聚焦透鏡將光束匯聚或耦合進(jìn)光纖進(jìn)行傳輸，如圖17者請(qǐng)自行嘗試。 圖173過(guò)，我們?nèi)匀豢梢杂藐嚵蟹绞絹?lái)產(chǎn)生反射鏡陣列，這樣可以節(jié)省編輯的麻煩（尤其是相似組件很多的情況下），也可以提高光線追跡的速度（效率）。 如圖17用序號(hào)7號(hào)7和8是父體組件，用來(lái)定義反射鏡的尺寸和材料。序號(hào)9和10為反射鏡陣列變換定義。 例如，序號(hào)9陣列的父體是組件7，其位置在X=0、Z=來(lái)最邊上的一對(duì)反射鏡組的位置），整體傾斜、Y、使用整體傾斜，而使用后面的陣列單元的坐標(biāo)傾斜（局部坐標(biāo)）來(lái)定義每個(gè)反射鏡的傾斜角），陣列數(shù)目設(shè)為19，陣列單元間距意，方向余弦X元傾斜設(shè)為45（與之前反射鏡對(duì)中的設(shè)置相同），其他參數(shù)默認(rèn)。 序號(hào)10陣列的父體是組件8，其位置在X=來(lái)最邊上的一對(duì)反射鏡組的位置），整體傾斜、Y、使用整體傾斜，而使用后面的陣列單元的坐標(biāo)傾斜（局部坐標(biāo)）來(lái)定義每個(gè)反射鏡的傾斜角），陣列數(shù)目設(shè)為19，陣列單元間距意，方向余弦X元傾斜設(shè)為90（與之前反射鏡對(duì)中的設(shè)置相同），單元傾斜者 出品 自學(xué)案例匯編 設(shè)為他參數(shù)默認(rèn)。 這種陣列不同于之前柱面鏡陣列的地方在于，線性陣列的方