导论：半导体激光器(Laser Diode，LD)是很常用的激光器件，普遍应用在光通信、激光泵浦等领域。阵列LD通常因为管芯空间分布的原因导致光束质量较差，需要光束整形以后才能使用。本文以LD bar条为例，介绍在非序列模式下对LD阵列的光束整形。ZEMAX仿真：(1) 单个LD的仿真在非序列模式下，可以用Source Diode来模拟LD。首先将系统波长设置为808nm。在Non-Sequential Component Editor中输入LD的相关参数，如下图：将第1行的Object Type设置为Source Diode，Layout Rays(绘图光线数)设为50，Analysis Rays(分析光线数)设为1000000，Astigmatism(散光)设为1.5，X-divergence(慢轴发散角)设为5(半角)，Y-divergence(快轴发散角)设为15(半角)，X-SuperGauss(慢轴超高斯参数)设为1，Y-SuperGauss(快轴超高斯参数)设为1，X-Width(慢轴光源宽度)设为0.1，Y-Width(快轴光源宽度)设为0.001，其他参数默认。将第2、3、4行的Object Type设置为Detector Rectangle，探测器的位置分别为0.01，0.5和5mm，像素设为500×500，如下图：查看NSC 3D Layout，如下图：然后打开探测器窗口(Detector Viewer)，并追迹所有探测器光线，观察不同位置的光线分布，如下图：Z=0.01时：Z=0.5时，Z=5时，有关非序列模式下单个LD的模拟可参考：Zemax光学设计实例(41)---在非序列模式下模拟激光二极管(2) LD阵列的仿真可以在单个LD的基础上，只需要修改其中的参数，就可以仿真LD阵列。我们仿真20个管芯线性排列(X方向)的LD Bar条，将参数Number X修改为19，Delta X设置为0.5，如下图：查看NSC 3D Layout，如下图：然后打开探测器窗口(Detector Viewer)，并追迹所有探测器光线，观察不同位置的光线分布(可以调整下探测器的大小)，如下图：Z=0.01时：Z=0.5时：Z=5时，在Setting对话框中，ShowData类型可以设置为IncoherentIrradiance或coherent Irradiance，Smooth为平滑参数，可以设置不同的大小，让图像看上去更平滑。(3) LD阵列光束整形---快轴准直使用快轴准直器(FAC)对LD阵列的快轴方向进行准直。FAC的材料为S-TIH53，长度12mm，宽度1.5mm，厚度1.5mm，有效焦距0.91mm(@808nm)，后焦距0.09mm(@808nm)，数值孔径NA0.8，后表面为非球面，曲率半径为-0.881，二次非球面系数为-0.1。第3行，FAC的Object Type为Toroidal lens，PositionZ为0.09(后焦距位置)，Material为S-TIH53，RadialHeight(半高)为0.75，X Half-Width为6，Thickness为1.5，Radius 2(后表面曲率半径)为-0.881，Coeff2y^2(二次非球面系数)为-0.1，其他参数默认。如下图：查看NSC 3D Layout，如下图：打开探测器窗口(Detector Viewer)，并追迹所有探测器光线，观察不同位置的光线分布(可以调整下探测器的大小)，如下图：Z=0.5时：Z=5时：从上图看出，虽然快轴方向上的发散角得到压缩了，但慢轴方向上的发散角还是很大。(4) LD阵列光束整形---慢轴准直使用慢轴准直器(SAC)对LD阵列的慢轴方向进行准直。SAC的材料为S-TIH53，长度12mm，宽度1.5mm，厚度0.55mm，有效焦距2.88mm(@808nm)，后焦距2.58mm(@808nm)，数值孔径NA0.65，节距0.5，曲率半径2.37。慢轴准直镜是由多个小透镜组成的透镜阵列，本文中用Array类型来生成柱面镜阵列，Array类型是在某个父体组件的基础上生成阵列组件，只要建好了父体组件就可以随意生成阵列，适用性更广泛。第4行，先输入父体组件的参数，ObjectType为Toroidal lens(柱面镜)，Z Position为-3.23(不在光路中即可)，Material为S-TIH53，Tilt About Z为90，Radial Height(半高宽)为0.25，X Half-Width为0.75，Thickness为0.55，Radius 2(后曲率半径)为-2.37，其他参数默认。为了使第4行的父体不影响光路，需要在Object4 Properties中Type对话框的Rays Ignore Object选Always，并在Draw对话框中勾选Do Not DrawObject。如下图：第5行，为基于第4行为父体的阵列组件，Object Type为Array，X Position为5，Z Position为3.2，Tilt About Z为90，父体组件(序号)为4，Number of Y`(阵列数目)为22，Delta Y`(单元间距)为0.5，其他参数默认。将第6、7行的Detector Rectangle，探测器的位置分别为5和15mm，像素设为500×500。如下图：需要注意的是，父体的参数不会都传给阵列物体，例如坐标位置与坐标倾斜参数都不会传给阵列物体。更新NSC 3D Layout，如下图：重新追迹光线分析结果，如下图：Z=5时：Z=15时：如果在以上两个距离的光斑大小差异明显，可以修改SAC的Z轴位置继续优化。这样，利用FAC和SAC对LD阵列的光束整形就做完了。作者有话说：有问题或建议欢迎大家留言，由于我不是每天都登录公众号，超过48小时后就不能主动给大家回复留言了。如果有什么需要讨论，也可以发我E-mail(danny909@)。
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