Dyfrakcyjne elementy optyczne do formowania wiązek światła emitowanych przez diody laserowe

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.

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.