激光二极管(Laser Diode, LD)由于具有体积小、重量轻、寿命长、电光转换效率高等优点,使其在多种领域得到了广泛的应用。但是,输出光束质量不高的问题一直影响着激光二极管的应用水平,因而激光二极管的光束整形成为激光领域的研究热点课题。 改善光束质量的方法大致可归纳为两种：其一是通过对激光二极管自身(如谐振腔)的改进来提高光束质量；其二是通过给激光二极管的输出光束加上整形光学系统来改变光束质量。外加整形系统的方法相对简便,因而得到了更广泛的关注。该方法的步骤为：预准直,分束,重排。本论文对已报导的方法进行了归纳和总结,在此基础上对激光二极管线阵(LD Bar)的光束整形系统进行了分析和设计。首先对各种准直微柱透镜的准直过程进行了推导和模拟,同时提出了一种新的阶梯状透射式分束器,重排器,达到了均衡激光二极管线阵输出光束质量的目的。 主要内容包括： 1)LD Bar的准直器件为微柱透镜。文中首先对圆微柱透镜(直径40μm)的准直过程进行了理论推导,然后根据理论推导的结果进行光线追迹和相对光强分布的计算机模拟(利用MATLAB7.0编程)。从结果可以看出,圆微柱透镜结构简单,且能较好的压缩快轴方向发散角。但对于大发散角光束,边缘光线的入射角相应较大,导致表面反射而损耗增大。 2)为减小圆微柱透镜的反射损耗,对圆微柱透镜进行了改进,采用了半圆微柱透镜和大半圆微柱透镜。理论推导和计算机模拟的结果表明,这两种微柱透镜能较好的压缩快轴方向发散角,并可有效的消除圆柱透镜中因为反射带来的光能量损耗,但是边缘光线在微柱透镜内部会发生全反射,从而带来另外的能量损耗。 3)对抛物线微柱透镜和半椭圆微柱透镜的准直过程进行了理论推导和计算机模拟。抛物线微柱透镜的中心和边缘光线不能同时得到较好的准直效果,达不到光束准直的目的；半椭圆柱透镜准直效果明显的好于前面几种微柱透镜。它的优势主要体现在入射面为平面,入射角相对较小,因而其入射光反射较小；微柱透镜中的折射光线在其后表面不会发生全反射；出射光束基本为平行光束；在光束传播方向上,光强分布随距离的改变较小,且接近高斯分布。 4)提出了一种新的阶梯状透射式分束器,利用该分束器可将准直后的激光二极管长条形输出光束沿慢轴分成相等的子光束,并使相邻的子光束在快轴方向上错开一定的距离。从分束器输出的光随后进入重排器,重排器的作用是将这些光束沿慢轴方向平移并最终在快轴方向上重排。经过分层和重排之后,快轴方向的光斑尺寸变大而慢轴方向的光斑尺寸变小,同时整形过程中两个方向上的发散角不变,因而导致快轴方向BPPf(快轴方向的光参数乘积)变大,而慢轴方向BPP,(慢轴方向的光参数乘积)变小,最终BPPf≈BPPs≈116mm×mrad。快慢轴的光束质量得到了均衡,再通过普通的光学成像系统即可将输出光斑会聚成小而圆的光斑。