適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種特別適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直光學(xué)元件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠避免將寬尺寸光源近似為點(diǎn)光源導(dǎo)致準(zhǔn)直透鏡的誤差。針對(duì)二維光源光場(chǎng)E(y,z)，設(shè)光軸為z軸，傳輸平面y-z；光場(chǎng)傳輸過程中，在光軸上任意位置z處對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)直；該準(zhǔn)直元件的曲率半徑在y軸方向上按照下式確定：曲率半徑上式中，光場(chǎng)中任意點(diǎn)P(y,z)的傳輸角進(jìn)一步可根據(jù)光場(chǎng)E(y,z)的等位相面求得。針對(duì)三維光源光場(chǎng)E(x,y,z)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)直元件，在x軸方向和y軸方向上其曲率半徑同理參照以上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)確定。
【專利說明】適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光束準(zhǔn)直【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種特別適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的光束 準(zhǔn)直元件的設(shè)計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大發(fā)散角寬尺寸光源的應(yīng)用越來越廣泛。例如，半導(dǎo)體激光二極管（LD)，由 于其具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、電光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到很多領(lǐng)域。但 是，LD光源具有一定的尺寸，在很多應(yīng)用領(lǐng)域不能被視為點(diǎn)光源，而且所發(fā)出的光束的發(fā)散 角大，使得光源在對(duì)亮度或均勻性要求高的領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。
[0003] 為了拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，減小LD的發(fā)散角是最直接和簡(jiǎn)單的方法，然而目前對(duì)于大 發(fā)散角寬尺寸光源尚無有效的方案實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的準(zhǔn)直。
[0004]以LD慢軸光束為例，其在慢軸方向光源尺寸大（100?200μm)，半能量的對(duì)應(yīng)的 發(fā)散角一般為8?10°，采用圓柱透鏡準(zhǔn)直是最普遍的方法。設(shè)計(jì)圓柱透鏡時(shí)將慢軸近似 為點(diǎn)光源，采用圓柱透鏡對(duì)慢軸光束準(zhǔn)直后發(fā)散角為2?4°。慢軸發(fā)散角得到一定程度減 小，然而對(duì)亮度或均勻性有較高要求時(shí)，仍然難以滿足需求。此外，也有設(shè)計(jì)非球面透鏡，或 者衍射元件對(duì)LD慢軸光束進(jìn)行準(zhǔn)直，然而在設(shè)計(jì)過程中通常仍將慢軸近似于一個(gè)點(diǎn)光源， 這尤其是在設(shè)計(jì)的透鏡尺寸較小時(shí)，將帶來明顯的誤差，導(dǎo)致實(shí)際的準(zhǔn)直效果差。因此按照 現(xiàn)有的透鏡設(shè)計(jì)方法很難實(shí)現(xiàn)大發(fā)散角寬尺寸光源的較好準(zhǔn)直。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種特別適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方 法，實(shí)現(xiàn)大發(fā)散角寬尺寸光源的嚴(yán)格準(zhǔn)直。
[0006] 本發(fā)明的方案如下：
[0007]-種適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直元件，針對(duì)二維光源光場(chǎng)E(y，z)，設(shè)光軸 為z軸，傳輸平面y-z;光場(chǎng)傳輸過程中，在光軸上任意位置z處對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)直；其特征 在于：該準(zhǔn)直元件的曲率半徑在y軸方向上按照下式確定：
[0008] 曲率半I

【權(quán)利要求】
1. 適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直元件，針對(duì)二維光源光場(chǎng)E(y，z)，設(shè)光軸為z軸， 傳輸平面y_z;光場(chǎng)傳輸過程中，在光軸上任意位置z處對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)直；其特征在于：該 準(zhǔn)直元件的曲率半徑在y軸方向上按照下式確定：
E(y，z) = 〇(y，z)Exp[i<Hy，z)]的等位相面求得，其中〇(y，z)為振幅，<Hy，z)為位相 分布，njPni分別表示空氣和透鏡的折射率。
2. 適用于大發(fā)散角寬尺寸光源的準(zhǔn)直元件，針對(duì)三維光源光場(chǎng)E(x，y，z)，其特征在 于：在x軸方向和y軸方向準(zhǔn)直元件的曲率半徑分別參照權(quán)利要求1確定。
3. -種準(zhǔn)直元件的制作方法，包括以下環(huán)節(jié)： (1) 建立如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直元件作為理論模型； (2) 根據(jù)指定的能量需求確定準(zhǔn)直透鏡的加工孔徑D，再根據(jù)加工孔徑D以及準(zhǔn)直后的 角度S要求，確定離散數(shù)及間距，對(duì)所述理論模型進(jìn)行離散化處理，得到加工模型； (3) 按照加工模型選擇合適的透鏡材料加工得到準(zhǔn)直元件產(chǎn)品。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，環(huán)節(jié)（2)確定的離散模式為：將理論 模型沿y方向的曲率半徑進(jìn)行離散處理，將D分為多段，分別取各段內(nèi)的曲率半徑平均值， 相應(yīng)確定為沿y軸多個(gè)離散的曲率半徑。
【文檔編號(hào)】G02B27/00GK104483722SQ201410631315
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】熊玲玲, 劉興勝, 蔡磊, 鄭艷芳, 張普, 聶志強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所