基于微透鏡陣列勻束的激光二極管面陣抽運(yùn)耦合系統(tǒng)分析?

嚴(yán)雄偉 王振國(guó) 蔣新穎 鄭建剛2) 李敏 荊玉峰

1)(中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心,綿陽(yáng) 621900)

2)(IFSA協(xié)同創(chuàng)新中心,綿陽(yáng) 621900)

1 引 言

激光二極管(laser diode,LD)面陣具有高功率、高效率、長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高能固體激光器抽運(yùn)源.由于單bar條功率和封裝結(jié)構(gòu)的限制,LD面陣的發(fā)光功率水平較低,目前只能達(dá)到kW/cm2量級(jí),與高能固體激光器抽運(yùn)強(qiáng)度的需求(約10 kW/cm2)相差較遠(yuǎn)[1,2];同時(shí)由于bar條的發(fā)光特性使得抽運(yùn)光斑均勻性較差,直接影響了激光器的性能[3?5].這使LD面陣的抽運(yùn)耦合縮束整形技術(shù)變得十分重要.

初期的高功率二極管抽運(yùn)激光器多采用導(dǎo)光管(duct)作為抽運(yùn)耦合器件[6?12],通過(guò)導(dǎo)光管內(nèi)表面對(duì)抽運(yùn)光的反射實(shí)現(xiàn)抽運(yùn)光的匯聚,導(dǎo)光管耦合效率較高(可達(dá)90%),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制作,主要缺點(diǎn)是經(jīng)過(guò)耦合系統(tǒng)后光束的發(fā)散角增大,導(dǎo)光管出口的抽運(yùn)光均勻性和可傳輸性較差[13,14].

微透鏡陣列光束整形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用靈活,成為L(zhǎng)D面陣抽運(yùn)耦合的新選擇.文獻(xiàn)[15—18]對(duì)基于微透鏡陣列整形系統(tǒng)進(jìn)行了原理上的分析,并使用發(fā)光二極管照明微透鏡陣列獲得了均勻光斑;黃峰等[19,20]通過(guò)光線追跡方法對(duì)空心導(dǎo)管、波導(dǎo)管、二元光學(xué)元件與微透鏡陣列進(jìn)行比較,其結(jié)論為微透鏡陣列具有更好的勻化光束的能力;殷智勇等[21,22]研究了成像型和非成像型光束積分系統(tǒng)的光束勻化機(jī)理,發(fā)現(xiàn)成像型光束積分系統(tǒng)具有更好的勻化效果;劉志輝等[23,24]提出了一種用衍射微透鏡陣列對(duì)LD面陣光束進(jìn)行勻化的方法,解決了折射型微透鏡陣列難于實(shí)現(xiàn)高填充因子、高精度面型的難題;余金清等[25]將微透鏡陣列與長(zhǎng)焦深菲涅耳透鏡結(jié)合,對(duì)半導(dǎo)體激光器陣列光進(jìn)行整形,獲得長(zhǎng)工作深度范圍的均勻抽運(yùn)場(chǎng);雷呈強(qiáng)等[26,27]討論了微透鏡陣列誤差對(duì)半導(dǎo)體激光勻化性能的影響.

上述研究開(kāi)展了微透鏡陣列光束整形的理論和實(shí)驗(yàn)研究,但對(duì)微透鏡陣列勻束系統(tǒng)在LD面陣抽運(yùn)耦合實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題未開(kāi)展細(xì)致研究.為了進(jìn)一步發(fā)展高均勻性高功率LD面陣抽運(yùn)耦合技術(shù),本文基于幾何光學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的方法,建立了微透鏡陣列勻束系統(tǒng)的數(shù)學(xué)與物理模型,對(duì)微透鏡陣列參數(shù)與最終耦合輸出抽運(yùn)場(chǎng)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析,并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析進(jìn)行驗(yàn)證,從而為基于微透鏡陣列勻束的LD面陣抽運(yùn)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)提供指導(dǎo).

2 微透鏡陣列勻束原理與參數(shù)設(shè)計(jì)分析

基于微透鏡陣列的勻束系統(tǒng)包括非成像型與成像型兩種,因?yàn)槌上裥蛣蚴到y(tǒng)具有更好的勻化效果,本文的研究集中于成像型微透鏡陣列勻束系統(tǒng).

成像型微透鏡陣列勻束系統(tǒng)由兩片串聯(lián)的微透鏡陣列(多個(gè)相同的微透鏡單元呈陣列排布)和一個(gè)傅里葉透鏡組成,如圖1所示,兩片微透鏡陣列LA1和LA2形成多組平行的Kohler照明系統(tǒng),第一片微透鏡陣列將入射光束分割成大量的子光束,第二片微透鏡陣列則與傅里葉透鏡一起,將這些子光束的像重疊在傅里葉透鏡焦平面處實(shí)現(xiàn)平頂型光強(qiáng)分布.勻束系統(tǒng)中微透鏡陣列的各項(xiàng)參數(shù)(微透鏡單元的形狀、尺寸、焦距、陣列通光單元數(shù)等)對(duì)輸出光場(chǎng)參數(shù)有不同的影響,下文將進(jìn)行具體分析.

圖1 成像型微透鏡陣列勻束系統(tǒng)原理圖Fig.1.Schematic of imaging microlens array system.

2.1 微透鏡單元形狀

為實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)傳輸效率,要求微透鏡單元在陣列排布時(shí)具有高填充比.這是因?yàn)槿肷涔馐丈湓谖⑼哥R單元上的光線才能被成像傳輸?shù)浇蛊矫嬷付ㄎ恢?如果照射到微透鏡之間的空隙,則該部分光線無(wú)法成像,造成效率損耗.在二維平面上能夠?qū)崿F(xiàn)100%填充比的規(guī)則圖形主要有正方形、矩形、正六邊形等,使用這些形狀的微透鏡單元組合為陣列,可以實(shí)現(xiàn)高傳輸效率.

由成像光路可知,在焦平面成像的光場(chǎng)形狀與微透鏡單元形狀相似.激光器所需的LD面陣抽運(yùn)場(chǎng)多為正方形或矩形,所以應(yīng)用于LD面陣抽運(yùn)系統(tǒng)的微透鏡陣列單元多使用正方形或矩形單元.

2.2 微透鏡單元F數(shù)

圖1顯示,兩片陣列中微透鏡單元大小相同,尺寸為PLA,微透鏡單元焦距分別為f1,f2,兩片陣列間距為a12,第二列微透鏡陣列與傅里葉透鏡間距為s,傅里葉透鏡焦距為fFL,使用準(zhǔn)直光入射時(shí),根據(jù)理論推導(dǎo),焦平面處光場(chǎng)尺寸使用一套成像型微透鏡陣列勻束系統(tǒng),通過(guò)調(diào)整微透鏡陣列間距a12可以實(shí)現(xiàn)焦平面光場(chǎng)尺寸大小的調(diào)節(jié).微透鏡陣列勻束系統(tǒng)用于LD面陣抽運(yùn)耦合時(shí),可以通過(guò)調(diào)整微透鏡陣列間距a12實(shí)現(xiàn)LD面陣抽運(yùn)強(qiáng)度的調(diào)節(jié),a12越大,抽運(yùn)光場(chǎng)尺寸越小,抽運(yùn)強(qiáng)度越大.

由于LD陣列自身的特性,其發(fā)射光線并非準(zhǔn)直光,且快慢軸方向光線具有不同的發(fā)散角,使用微透鏡陣列勻束系統(tǒng)進(jìn)行抽運(yùn)耦合時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì),文獻(xiàn)[22]討論了微透鏡陣列間距a12=f1時(shí)非準(zhǔn)直光的接收角問(wèn)題.在實(shí)際應(yīng)用時(shí),為調(diào)節(jié)抽運(yùn)場(chǎng)強(qiáng)度,a12與f1并不總是相等.對(duì)于微透鏡陣列間距a12=f1的情況,選取單組微透鏡單元的子孔徑光線進(jìn)行分析,如圖2.

圖2 單組微透鏡單元子孔徑光線分析Fig.2.Beam analysis of single microlens aperture.

設(shè)入射光束的最大角度為θ,微透鏡單元尺寸為PLA,其經(jīng)過(guò)LA1聚焦后像點(diǎn)A位于微透鏡陣列LA1焦面上,像點(diǎn)A離軸量h1=f1tanθ,LA2被光線覆蓋的最大范圍為h0.根據(jù)圖2中幾何關(guān)系,由h0=h01+h02,h02/h1=a12/f1,

當(dāng)h0

圖3 非準(zhǔn)直光入射成像型微透鏡陣列勻束系統(tǒng)光線圖[22]Fig.3.Scheme of imaging microlens array system with non-collimated beam[22].

當(dāng)h0>PLA/2,子光束入射到對(duì)應(yīng)的第二子透鏡孔徑范圍外,進(jìn)入其他的子透鏡孔徑(如圖3中θ2光線所示).對(duì)應(yīng)子透鏡孔徑范圍外的光線,其傅里葉透鏡焦平面處的擴(kuò)展光斑相對(duì)于入射角為θ1時(shí)位置發(fā)生了平移,并且與入射到對(duì)應(yīng)子透鏡孔徑范圍內(nèi)的子光束的擴(kuò)展光斑不相重合.

可見(jiàn),當(dāng)入射光束的發(fā)散角太大時(shí),較大角度的光線不能與目標(biāo)區(qū)域重合,在目標(biāo)區(qū)域外形成旁瓣,造成抽運(yùn)能量利用率的下降.

根據(jù)前面的分析,定義h0=PLA/2時(shí),θ為微透鏡陣列接收角,可得

當(dāng)a12>f1且a12增加時(shí),接收角θ會(huì)減小,對(duì)LD發(fā)散角容忍度降低;當(dāng)a12減小時(shí),接收角最大可達(dá)但抽運(yùn)強(qiáng)度則會(huì)變小.所以在實(shí)際應(yīng)用中,為兼顧抽運(yùn)強(qiáng)度和接收角,通常選擇a12=f1.此時(shí),對(duì)于最大發(fā)散角已知為θ的確定光源,為保證不出現(xiàn)旁瓣,微透鏡單元參數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足h0

2.3 陣列通光單元數(shù)

光場(chǎng)的均勻性是評(píng)價(jià)勻束系統(tǒng)最為重要的指標(biāo),通常用不均勻度(U)進(jìn)行度量,其定義為

其中Imax與Imin分別為光場(chǎng)的最大值與最小值.

對(duì)微透鏡陣列勻束系統(tǒng)光源勻化機(jī)制的分析表明,像面光場(chǎng)勻化的思想基于初始光場(chǎng)的分割和多個(gè)子孔徑光場(chǎng)在像面上的疊加.可以證明由多個(gè)子光場(chǎng)投影疊加形成的像面光場(chǎng)不均勻度必然小于等于單個(gè)子光場(chǎng)不均勻度的最大值.

將LA1各微透鏡單元編號(hào)1到n,單元i劃分的子光場(chǎng)強(qiáng)度分布記為Ii(xi,yi),xi與yi分別為以各微透鏡子單元光軸位置為原點(diǎn)的二維坐標(biāo),則像面上的光場(chǎng)分布分別為以傅里葉透鏡光軸位置為原點(diǎn)的二維坐標(biāo),為微透鏡子單元口徑到像面的擴(kuò)束倍數(shù)的倒數(shù).

如果每個(gè)微透鏡單元孔徑內(nèi)的光場(chǎng)不均勻度都小于a,即Ii-min分別表示單元i劃分的子光場(chǎng)的最大值與最小值.計(jì)算可得

將多個(gè)微透鏡單元對(duì)應(yīng)的不等式相加,可得

LD陣列抽運(yùn)場(chǎng)不均勻度小于10%在實(shí)際應(yīng)用中是一個(gè)可以接受的指標(biāo).根據(jù)上面的分析,如果我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)保證各個(gè)微透鏡單元孔徑內(nèi)的光場(chǎng)不均勻度都小于10%,則必然可以保證微透鏡陣列勻束系統(tǒng)像面上的光場(chǎng)不均勻度小于10%,從而滿足抽運(yùn)場(chǎng)不均勻度需求.

在微透鏡陣列勻束系統(tǒng)的實(shí)際使用中,由于勻束系統(tǒng)光束接收角的要求,LD陣列需要對(duì)發(fā)散角較大的快軸(約40?)進(jìn)行準(zhǔn)直.準(zhǔn)直后的LD抽運(yùn)光場(chǎng)不均勻度較大,存在小尺度尖峰(圖4(a)).如果以此進(jìn)行光束分割,為保證單個(gè)微透鏡單元孔徑內(nèi)的光場(chǎng)不均勻度小于10%,則需要選擇單元尺寸很小的微透鏡陣列進(jìn)行光場(chǎng)分割(約10μm級(jí)),以現(xiàn)有的微透鏡陣列加工工藝很難實(shí)現(xiàn).

圖4 LD陣列抽運(yùn)典型光場(chǎng) (a)近距離傳輸;(b)遠(yuǎn)距離傳輸Fig.4.Typical pump field of LD array:(a)Short distance transmission;(b)long distance transmission.

通常采用的解決方法就是讓微透鏡陣列離開(kāi)LD陣列足夠的距離,使LD陣列的快軸光束充分發(fā)散并勻化(圖4(b)),從而保證采用較大尺寸的微透鏡單元時(shí),孔徑內(nèi)的光場(chǎng)不均勻度小于10%,從而獲得不均勻度小于10%的像面光場(chǎng).但LD陣列的光束充分發(fā)散必然造成光場(chǎng)口徑擴(kuò)大,所以需要更大口徑的微透鏡陣列,同時(shí)微透鏡陣列離開(kāi)LD陣列距離較大,會(huì)造成抽運(yùn)勻束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化.

另一種設(shè)計(jì)思想是,使各個(gè)微透鏡單元口徑內(nèi)的子光場(chǎng)服從隨機(jī)分布,則可以通過(guò)增加通光的微透鏡單元數(shù)獲得低不均勻度的疊加光場(chǎng).

假設(shè)初始光場(chǎng)為Iin,其最大值和最小值分別為平均值(數(shù)學(xué)期望)為μ,方差為σ2,易知. 可以知道光場(chǎng)被LA1分割后微透鏡單元i對(duì)應(yīng)子光場(chǎng)強(qiáng)度且隨機(jī)變量Ii(xi,yi)和Iin具有同樣的數(shù)學(xué)期望E(Ii)=μ和方差D(Ii)=σ2.隨機(jī)變量Ii的數(shù)量為L(zhǎng)A1的通光單元數(shù)n.

而像面光場(chǎng)分布為各子光場(chǎng)的疊加:

根據(jù)隨機(jī)變量序列的中心極限定理:隨機(jī)變量的和的分布隨變量數(shù)的增加趨于正態(tài)分布.像面光場(chǎng)分布I(x,y)為正態(tài)分布,且具有數(shù)學(xué)期望

由正態(tài)分布的3σ性質(zhì)可知,在數(shù)學(xué)期望附近 3σ區(qū)間內(nèi)的概率為>99.7%,也就是I幾乎必然位于區(qū)間內(nèi).

可以認(rèn)為像面上的光場(chǎng)分布不均勻度

而σ6(Iin-max?Iin-min)/2,可以得到微透鏡陣列通光單元數(shù)計(jì)算公式:

測(cè)量輸入抽運(yùn)場(chǎng)的最大值Iin-max、最小值Iin-min和平均值μ,根據(jù)上述計(jì)算公式與輸出光場(chǎng)不均勻度期望值U,可以獲得勻束系統(tǒng)所需的微透鏡陣列通光單元個(gè)數(shù)n.

上述分析成立的前提是各個(gè)微透鏡單元孔徑內(nèi)的子光場(chǎng)服從隨機(jī)分布.我們知道LD陣列的光束分布呈周期性排列,而微透鏡陣列的單元也呈周期性排列,當(dāng)微透鏡陣列單元周期為L(zhǎng)D陣列周期的整數(shù)倍時(shí),各個(gè)微透鏡單元口徑內(nèi)的子光場(chǎng)分布相似,疊加后像面光場(chǎng)分布與單個(gè)微透鏡單元光分布仍然是相似的,并不能實(shí)現(xiàn)均勻化的目的.需要通過(guò)設(shè)計(jì)微透鏡陣列的單元周期來(lái)規(guī)避這一問(wèn)題.

3 抽運(yùn)耦合勻束系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 勻束系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

我們開(kāi)展了基于微透鏡陣列勻束的LD面陣抽運(yùn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)采用的LD面陣主要技術(shù)參數(shù)如表1所列,實(shí)測(cè)LD面陣自由傳輸發(fā)光場(chǎng)如圖5所示.

圖5 實(shí)測(cè)LD面陣自由傳輸發(fā)光場(chǎng) (a)傳輸5 mm;(b)傳輸70 mm;(c)傳輸170 mmFig.5.Measured pump field of LD array:(a)The pump field transmits 5 mm;(b)the pump field transmits 70 mm;(c)the pump field transmits 170 mm.

表1 LD面陣主要技術(shù)參數(shù)Table 1.Parameters of LD array.

根據(jù)LD面陣發(fā)光場(chǎng)參數(shù)開(kāi)展微透鏡陣列參數(shù)設(shè)計(jì):LD光線最大發(fā)散角為10?,即光線最大偏移角為5?,可得微透鏡F數(shù)

為保證余量,取F數(shù)為4.根據(jù)圖5(a)偽彩色圖像灰度,對(duì)抽運(yùn)場(chǎng)強(qiáng)度歸一化,取Iin-max=1,Iin-min=0,μ=0.6,目標(biāo)抽運(yùn)場(chǎng)不均勻度U優(yōu)于0.1,代入計(jì)算公式可得n>625,由抽運(yùn)場(chǎng)尺寸即微透鏡陣列通光面尺寸約20 mm×10 mm,可得微透鏡單元面積小于0.32 mm2,根據(jù)抽運(yùn)場(chǎng)需求設(shè)計(jì)微透鏡單元形狀為正方形,可得正方形邊長(zhǎng)小于0.56 mm,為便于加工同時(shí)避開(kāi)bar條周期,設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)為0.5 mm.

3.2 勻束系統(tǒng)仿真與對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試

我們采用二維發(fā)散角分別為1?與10?,發(fā)光面尺寸為0.1 mm×10 mm的光源模擬準(zhǔn)直后的LD面陣bar條,指向一致性采用均方根值1/3,平均值的隨機(jī)數(shù)對(duì)快軸偏離角進(jìn)行模擬(此處同樣考慮正態(tài)分布的3σ原則,bar條裝配時(shí)偏離角可認(rèn)為呈正態(tài)分布,快軸偏離角度裝配目標(biāo)值為0,即數(shù)學(xué)期望為0,最大值為1,即3σ約為1,可假定均方根值為1/3),計(jì)算得到自由傳輸發(fā)光場(chǎng)如圖6所示,與實(shí)測(cè)光場(chǎng)基本類似.

我們搭建了兩套抽運(yùn)耦合勻束系統(tǒng)開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)1使用的微透鏡陣列參數(shù)不滿足前文分析的設(shè)計(jì)條件,系統(tǒng)2中微透鏡陣列采用了3.1節(jié)的設(shè)計(jì)參數(shù);勻束系統(tǒng)具體參數(shù)見(jiàn)表2.

抽運(yùn)耦合勻束系統(tǒng)耦合輸出抽運(yùn)場(chǎng)分別如圖7和圖8所示.

圖6 仿真LD面陣自由傳輸發(fā)光場(chǎng) (a)傳輸5 mm;(b)傳輸70 mm;(c)傳輸170 mmFig.6.Simulated pump field of LD array:(a)The pump field transmits 5 mm;(b)the pump field transmits 70 mm;(c)the pump field transmits 170 mm.

表2 微透鏡陣列勻束對(duì)比實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)Table 2.Parameters of microlens array in contrast experiment.

圖7 抽運(yùn)耦合勻束系統(tǒng)1耦合抽運(yùn)場(chǎng) (a)實(shí)測(cè)結(jié)果;(b)仿真結(jié)果Fig.7.Output pump field of pump coupling system 1:(a)Measured results;(b)simulated results.

圖8 抽運(yùn)耦合勻束系統(tǒng)2耦合抽運(yùn)場(chǎng) (a)實(shí)測(cè)結(jié)果;(b)仿真結(jié)果Fig.8.Output pump field of pump coupling system 2:(a)Measured results;(b)simulated results.

系統(tǒng)1的輸出抽運(yùn)場(chǎng)在慢軸方向均勻性較好,而快軸方向調(diào)制度較大,在慢軸方向上還存在明顯旁瓣.分析原因,抽運(yùn)光在微透鏡陣列上約通過(guò)4×3個(gè)單元,通過(guò)微透鏡單元數(shù)較少,無(wú)法達(dá)到勻束的效果;微透鏡單元在快軸方向上F數(shù)為6,慢軸方向上F數(shù)為7.8,而所用的LD陣列,快軸光線最大偏離角度為1.5?,慢軸光線最大偏離角度為5?.計(jì)算可知,為保證耦合抽運(yùn)場(chǎng)無(wú)旁瓣,快軸方向上F數(shù)應(yīng)小于19.1,慢軸方向上F數(shù)應(yīng)小于5.7.微透鏡單元在快軸方向上F數(shù)滿足要求,而慢軸方向F數(shù)較大,導(dǎo)致了慢軸方向的明顯旁瓣.

系統(tǒng)2的輸出抽運(yùn)場(chǎng)快軸、慢軸均勻性均較好,實(shí)測(cè)不均勻度為7.9%,且無(wú)任何旁瓣.根據(jù)計(jì)算,抽運(yùn)光在微透鏡陣列上約通過(guò)40×20個(gè)單元,單元數(shù)足夠多(～800),且快慢軸F數(shù)為4,小于耦合無(wú)旁瓣條件,最終實(shí)現(xiàn)了較好的勻束效果.實(shí)驗(yàn)中LD面陣驅(qū)動(dòng)電流200 A/1 ms,實(shí)測(cè)輸出能量為4.50 J,透鏡焦平面光斑尺寸約10 mm×10 mm,能量為4.08 J,系統(tǒng)耦合效率約90.7%,略小于模擬計(jì)算結(jié)果,主要由于短焦透鏡曲率半徑較小,大角度入射光線反射率高于預(yù)期所致.

對(duì)于我們關(guān)注的輸出抽運(yùn)場(chǎng)不均勻度這一重要指標(biāo),系統(tǒng)2比系統(tǒng)1表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì),其原因在于兩個(gè)方面.首先,系統(tǒng)2的微透鏡單元面積(0.25 mm2)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)1微透鏡單元面積(37.8 mm2),在各個(gè)微透鏡單元內(nèi)的光場(chǎng)調(diào)制度也相應(yīng)較小,最終形成的疊加光場(chǎng)調(diào)制度也會(huì)降低;其次,系統(tǒng)2單元數(shù)(～800)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)1單元數(shù)(12),根據(jù)前文理論分析,不均勻度與為通光單元數(shù))呈正比,所以理論上系統(tǒng)2不均勻度約為系統(tǒng)1的1/8,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與理論計(jì)算較好地符合.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),只需要根據(jù)LD面陣光線發(fā)散角設(shè)計(jì)微透鏡單元參數(shù),根據(jù)勻束指標(biāo)設(shè)計(jì)微透鏡陣列通光單元數(shù)量,同時(shí)保證微透鏡陣列與LD面陣的空間周期去相關(guān),就可以實(shí)現(xiàn)較好的耦合勻束效果,同時(shí)微透鏡勻束系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化元件可以實(shí)現(xiàn)很高的耦合效率.

4 結(jié) 論

本文分析了基于成像型微透鏡陣列勻束的LD面陣抽運(yùn)耦合系統(tǒng),采用幾何光學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的方法開(kāi)展理論研究,明確了微透鏡陣列的各項(xiàng)參數(shù)(微透鏡單元的形狀、尺寸、焦距、陣列通光單元數(shù)等)設(shè)計(jì)的邊界條件,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,為微透鏡陣列在LD面陣抽運(yùn)耦合系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了依據(jù).