半导体激光器能量转换效率高、体积小、稳定性好,因此激光雷达常以半导体激光器作为光源.针对半导体激光发散角大,而传统的分离式双柱面准直透镜组存在装调误差大、结构复杂、稳定性低的缺点,提出一体化非球面柱透镜准直方案,分别在两面的相互正交的两个方向设计不同的面型,压缩发散角,同时实现半导体激光器快慢轴两个方向的准直.根据费马原理及扩束准直理论初步确定两正交方向准直面面型参数,以最小光斑半径和最大光通量为目标,以MEMS微镜尺寸为限制因素进行优化,最终完成发射端光学设计.准直后光束快轴发散角2mrad,慢轴发散角9.6mrad,准直效果接近车规级激光雷达的平均角分辨率,透镜体积为10×10×24mm3,发射端系统总长40mm,系统通光率大于98.6％,满足MEMS-LiDAR对光源准直度、发射端系统集成度和稳定性的要求.

半导体激光器准直;一体化非球面柱透镜;光束整形;微机电系统激光雷达

西安工业大学兵器科学与技术学院,陕西 西安710021;西安工业大学光电工程学院,陕西 西安710021;中科芯集成电路股份有限公司,江苏 无锡214101;微视传感科技有限公司,江苏 无锡214000

[1]王梦花;徐乃涛;程进;刘欢;谭叶青;刘卫国-.MEMS-LiDAR的光源准直透镜设计)[J].应用激光,2022(02):97-103

一体化非球面柱透镜,2mrad,24mm3,半导体激光器准直,微机电系统激光雷达

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