用于VCSEL阵列光分布调控的自由曲面透镜阵列设计

作     者：薛宇扬 苏宙平 Xue Yuyang;Su Zhouping

作者机构：江南大学理学院江苏无锡214122 江苏省轻工光电工程技术研究中心江苏无锡214122 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2024年第44卷第9期

页      面：211-218页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主　　题：光学设计 垂直腔面发射激光器 自由曲面 泊松方程 离散余弦变换 

摘      要：针对垂直腔面发射激光器(VCSEL)设计了自由曲面整形透镜,使VCSEL输出光束在目标面呈均匀的辐照度分布。自由曲面透镜前表面为非球面,后表面为自由曲面。在设计自由曲面的设计过程中,在自由曲面透镜中间区域设置虚拟平面,根据虚拟平面和目标面能量之间的关系,确定自由曲面入射光束和出射光束的方向矢量,获得自由曲面采样点上各点的法向矢量。自由曲面的矢高和法向矢量之间构成了一个泊松方程。引进离散余弦变换的方法求解泊松方程,获得了自由曲面的矢高。模拟结果表明使用自由曲面整形透镜可将目标面辐照度均匀度提升到93.9%。为了适应在高功率场景中的应用,基于单个VCSEL模组的辐照度分布,应用蚁狮算法优化VCSEL模组之间的距离,对VCSEL模组阵列进行了二次光分布调控,使得阵列在目标面上的辐照度均匀度可以达到85.2%,光效率达到91.8%。