半導(dǎo)體激光束的傳輸與變換特性研究——光波導(dǎo)陣列電光掃描器的耦合技術(shù)研究.pdf

1、光波導(dǎo)陣列電光掃描器以其體積小、響應(yīng)速度快、全固態(tài)化等優(yōu)點，在激光雷達、激光引信、激光制導(dǎo)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。由于目前光波導(dǎo)陣列電光掃描器采用的光源為半導(dǎo)體激光器，為了提高掃描器對光能的利用率和掃描器的掃描性能，需要設(shè)計一種耦合器將半導(dǎo)體激光器輸出的大角度光束耦合進掃描器。 本文以光波導(dǎo)陣列電光掃描器的耦合技術(shù)研究為出發(fā)點，對半導(dǎo)體激光器輸出光束的傳輸與變換特性進行了研究，主要研究內(nèi)容如下： 1．根據(jù)遠場近似的非傍

2、軸矢量瑞利一索末菲衍射積分公式，推導(dǎo)出了半導(dǎo)體激光束的遠場矢量表達式。根據(jù)矢量表達式分析了標(biāo)量表達式的適用范圍。研究發(fā)現(xiàn)：在傍軸區(qū)域標(biāo)量表達式不會引起太大的誤差；而在非傍軸區(qū)域必須用矢量表達式才能更準(zhǔn)確地描述光束特性；標(biāo)量表達式描述半導(dǎo)體激光束遠場光強引起的誤差隨傳輸距離的增大而減小，且該誤差與空間位置和角度有一定的關(guān)系。 2．通過將半導(dǎo)體激光束快軸方向的源場分布函數(shù)展開為高斯函數(shù)多項式，根據(jù)非傍軸矢量瑞利一索末菲衍射積分公式，

3、推導(dǎo)出了描述半導(dǎo)體激光束特性的解析矢量表達式。通過比較兩種表達式，發(fā)現(xiàn)了二者間的差異隨空間位置和半導(dǎo)體激光束參數(shù)的變化規(guī)律。本文對半導(dǎo)體激光器輸出光束的光強分布也進行了實驗測量研究。 3．用穩(wěn)相法推導(dǎo)出了半導(dǎo)體激光束準(zhǔn)直光場的近似解析表達式。根據(jù)該表達式研究了準(zhǔn)直光場的光束特性，并得出如下近似結(jié)論：準(zhǔn)直后光束在兩個方向上的光斑大小與透鏡焦距成正比，且與傳輸距離無關(guān)；沿軸光強與波導(dǎo)尺寸參數(shù)和準(zhǔn)直透鏡焦距有關(guān)，且與透鏡焦距成平方反比

4、關(guān)系；在傳輸距離較小的情況下，準(zhǔn)直光場的位相分布近似為球面，傳輸距離較大時，光場位相分布近似為平面。 4．提出了一種以梯度折射率分布介質(zhì)為基質(zhì)的單體光學(xué)模式轉(zhuǎn)換器，它可以將兩正交截面內(nèi)瑞利長度相同、光腰重合的厄米一高斯光束轉(zhuǎn)換為拉蓋爾-高斯光束。這種轉(zhuǎn)換器具有一體化的優(yōu)點，因此易于調(diào)整且光能損耗?。粚τ趦烧唤孛鎯?nèi)瑞利長度不同、光腰不重合的厄米—高斯光束，提出了一種可調(diào)節(jié)其瑞利長度和光腰位置的光腰調(diào)節(jié)器，將光腰調(diào)節(jié)器和單體光學(xué)模