Dyfrakcyjne elementy optyczne do formowania wiązek światła emitowanych przez diody laserowe

• Autorzy: Kowalik A. , Góra K. , Podgórski J. , Rojek A. , Typa P.

Warianty tytułu

EN

Diffractive optical elements for laser diode beams shaping

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dzięki miniaturowym rozmiarom i niskiej cenie laserowe diody krawędziowe znajdują coraz szersze zastosowanie jako niezawodne źródła wiązki światła. Duża rozbieżność i asymetria tych wiązek powoduje jednak, że w przypadku większości aplikacji muszą być one wcześniej transformowane. Ze względu na skomplikowany front falowy stosowane w tym celu tradycyjne układy optyczne składają się z wielu elementów, co powoduje znaczny wzrost rozmiarów, ciężaru i ceny systemu. Tracone są w ten sposób podstawowe zalety związane z zastosowaniem półprzewodnikowych źródeł światła. Stąd za bardzo istotne uznać należy poszukiwanie rozwiązań, w których wszystkie funkcje związane z transformacją wiązki światła spełniać będzie pojedynczy element optyczny. W pracy wskazano na możliwość użycia w tym celu dyfrakcyjnych elementów optycznych o prostej, miniaturowej budowie. Jako przykład zaprezentowano element służący do formowania wiązki emitowanej przez jednowymiarową macierz diod laserowych. Główne zalety tego elementu to możliwość koncentracji dużych energii w małym przekroju wiązki oraz zwarta budowa, pozwalająca na zachowanie miniaturowych wymiarów źródła wiązki światła.

EN

Recent years have shown a rapid growth in the application of edge emitting laser diodes (LDs). They are small, efficient, low voltage, and have operating lifetimes much larger than conventional light sources. However, the output beams of the laser diode are highly divergent and astigmatic, thus for almost all applications they have to be first reshaped. Because of complicated wave front, conventional refractive optics fulfilling such a task usually consists of two or more elements, what results in a significant increase of the system size, cost, and assembly difficulties. In this way the most important advantages of LDs, that is their small size and simplicity, are wasted. Therefore it is interesting to integrate all optical functions of the reshaping system within a single microoptical element. The aim of this paper is to present simple and compact diffractive elements that can be used to transform light beams emitted by laser diodes. As an example, a single-element beam concentrator for linear LD array is demonstrated, consisting of a line of rectangularly apertured elliptical diffractive microlenses. It was proved that such a system generates in the output plane a regular spot with a relatively uniform density. Its main advantages lie in simplicity, possibility to concentrate a large amount of light in a small spot and to preserve the compactness of LDs.

Słowa kluczowe

PL

dyfrakcyjny element optyczny; laserowa dioda krawędziowa

EN

diffractive optical element; LD

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 36, nr 4
• Strony: 17--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kowalik A.

autor

Góra K.

autor

Podgórski J.

autor

Rojek A.

autor

Typa P.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Lerner E. J.: Diode arrays boost efficiency of solid-state lasers, Laser Focus World, (1998), 97-103
• [2] Liew S. K., Carlson N. W.: Method of obtaining a collimated near-unity aspect ratio beam from DFB-GSE laser with good beam quality, Appl. Opt. 31, (1992), 2743
• [3] Tari T., Richter P.: Correction of astigmatism and ellipticity of an astigmatic Gaussian beams, Opt. Quant. Electron. 26, (1994), 903
• [4] Fantone S. D.: Anamorphic prism: a new type, Appl. Opt. 30, (1991), 5008-5009
• [5] Marchant A. B.: Focusing elliptical laser beams, Appl. Opt. 23, (1984), 670
• [6] http://www.doriclenses.com/article_details.php?rubid=27
• [7] Xiao-qun Z., Ann B. N. K., Seong K. S.: Single aspherical lens for deastigmatism, collimation, and circularization of a laser beam, Appl. Opt. 39, (2000), 1148-1151
• [8] Serkan M., Kirkici H.: Optical beam-shaping design based on aspherical lenses for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams, Appl. Opt. 47, (2008), 5489-5499
• [9] Serkan M., Kirkici H., Cetinkaya H.: Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams, Appl. Opt. 46, (2007), 5489-5499
• [10] Miler M., Pala J., Aubrecht I., Hradil M.: Off-axis colimation of diode laser beams by means of single-element holographic diffractive optics, Optics and Lasers in Eng. 44, (2006), 991-1007
• [11] Xiao-qun Z., Ann B. N. K., Seong K. S.: Single aspherical lens for deastigmatism, collimation, and circularization of a laser beam, Appl. Opt. 39 , (2000), 1148-1151
• [12] Sinzinger S., Brenner K. H., Moisel J., Spick T., Testorf M.: Astigmatic gradient-index elements for laser-diode collimation and beam shaping, Appl. Opt. 34, (1995), 6626-6632
• [13] Gomez-Reino C., Cuadrado J. M., Perez M. V.: Elliptical and hyperbolic zone plates, Appl. Opt. 19, (1980),1541-1545
• [14] Jaroszewicz Z., Kołodziejczyk A., Mouriz D., Sochacki J.: Generalized zone plates focusing light into arbitrary line segments, J. Mod. Opt. 40, (1993), 601-612
• [15] Kowalik A., Góra K., Adamkiewicz G., Ziętek M., Mikula G., Kołodziejczyk A., Jaroszewicz Z.: Efficient diffractive collimator for edge-emitting laser diodes, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 6189, (2006), 61871E
• [16] Kowalik A., Góra K., Jaroszewicz Z., Podgórski J., Typa P.: Dyfrakcyjne elementy optyczne o dwóch powierzchniach fazowych, IX Konferencja Naukowa Technologia Elektronowa ELTE 2007, Kraków, 4-7.09.2007
• [17] Noponen E., Turunen J., Vasara A.: Parametric optimization of multilevel diffractive optical elements by electromagnetic theory, Applied Optics 31, (1992), 5910-5912
• [18] Jaroszewicz Z., Staronski R., Sochacki J., Righini G.: Planar fresnel lens with multiple phase jump, Pure Applied Optics 3, (1994), 667-677
• [19] Jaroszewicz Z., Kołodziejczyk A., Kowalik A., Restrepo R.: Determination of phase step errors of blazed lithographic gratings by inspection of their diffraction efficiencies, Opt. Eng,. 40, (2001), 692-697
• [20] Kowalik A., Góra K., Jaroszewicz Z., Kołodziejczyk A.: Multi-step electron beam technology for the fabrication of high performance diffractive optical elements, Microelectronic Engineering, 77, (2005), 347-357
• [21] Kley E. B.: Continuous profile writing by electron and optical lithography, Microelectronic Engineering, 34, (1997), 261-298
• [22] Daschner W., Larsson M., Lee S. H: Fabrication of monolithic diffractive optical elements by the use of e-beam direct write on a analog resist and a single chemically assisted ion-beam-etching step, Applied Optics, 34, 1995, 2534-2539
• [23] Pawłowski E., Engel H., Ferstl M., Fuerst W., Kuhlow B.: Two-dimensional array of AR-coated diffractive microlenses fabricated by thin film deposition, Proc. SPIE, 1751, (1993), 13-21
• [24] Stern M. B.: Binary optics: a VLSI-based microoptics technology, Microelectronic Engineering, 32, (1996), 369
• [25] Farn M. W., Goodman J.: Effect of VLSI fabrication on kinoform efficiency, Proc. SPIE, 1211, (1990), 125-136
• [26] Kuittinen M., Turunen J.: Mask misalignment in photolithographic fabrication of resonance-domain diffractive elements, Optics Communications, 142, (1997), 14-18