Paires de prismes anamorphiques

La plupart des diodes laser émettent des faisceaux de forme elliptique avec des angles de divergence différents dans les axes x et y en raison de la forme rectangulaire de la région active de la diode (Figure 1). Cela est préjudiciable dans de nombreuses applications, car les faisceaux elliptiques auront une taille de spot focalisé plus importante que les faisceaux circulaires. Des spots plus grands entraînent une irradiance plus faible (flux d'énergie radiante par unité de surface) au point de focalisation, qui à son tour peut nécessiter une puissance d'entrée plus élevée au laser. Les paires de prismes anamorphiques sont particulièrement utiles pour circulariser les faisceaux elliptiques.

Figure 1 : La géométrie des diodes laser entraîne des faisceaux elliptiques présentant deux angles de divergence différents.

Une paire de prismes anamorphiques se compose de deux prismes à angle droit utilisés pour remodeler un faisceau laser.^{1Figure 2). Cela permet de compenser les différentes divergences du faisceau d'origine.}

Figure 2 : Une paire de prismes anamorphiques agissant comme un expanseur de faisceau dans une direction, qui peut circulariser un faisceau elliptique.

Alors qu'un seul prisme peut changer le rayon du faisceau dans un axe, il peut également changer la direction du faisceau. Une paire de prismes est nécessaire pour manipuler l'ellipticité du faisceau tout en conservant la direction de propagation initiale (Figure 2). Cependant, l'utilisation de paires de prismes anamorphiques nécessite un alignement angulaire précis. Bien que cela ne soit pas nécessaire, il est utile qu'un prisme soit orienté à l'angle de Brewster, qui est l'angle d'incidence auquel il n'y a pas de réflexion de la lumière à polarisation p. L'autre surface du prisme doit être à incidence normale et doit être traitée antireflet (AR) pour une transmission maximale. Cette mesure précise est la raison pour laquelle les clients les achètent le plus souvent sous forme de paire pré-alignée.

Les diodes haut de gamme ont souvent des paires de prismes anamorphiques intégrées dans la tête du laser pour la circularisation du faisceau. Cependant, de nombreuses diodes moins coûteuses n'en ont pas. Le coût d'achat d'une diode sans paire de prismes intégrée et d'une paire de prismes anamorphiques séparée est souvent inférieur à celui d'une diode plus coûteuse.

Comparaison avec les lentilles cylindriques

Les lentilles cylindriques, qui n'ont de puissance optique que dans une seule direction, sont également couramment utilisées pour circulariser les faisceaux elliptiques (Abbildung 3). Une lentille cylindrique manipule la lumière en la concentrant ou en modifiant la courbure du front d'onde. Par conséquent, les prismes anamorphiques sont plus avantageux dans les applications à faible distorsion du front d'onde.

Les lentilles cylindriques ont plus de degrés de liberté que les paires de prismes anamorphiques montés, ce qui les rend plus difficiles à aligner. Les lentilles cylindriques peuvent s'incliner, ce qui rend les prismes plus indulgents lorsque les axes sont alignés indépendamment. Il faut également porter une attention particulière à la distance focale des lentilles cylindriques afin qu'elles soient à la bonne distance de la sortie de la diode pour produire un faisceau collimaté et circularisé. Les paires de prismes anamorphiques montés sont plus faciles à utiliser. Ils sont pré-alignées pour avoir un pouvoir d'expansion fixe, de sorte que vous n'avez pas besoin de les positionner et de les assembler vous-même comme vous le feriez avec des lentilles cylindriques. Il n'y a qu'un seul axe sur lequel les prismes doivent être alignés indépendamment, car vous ne faites que glisser le prisme dans le trajet du faisceau. Cela supprime une étape d'alignement supplémentaire, ce qui permet à l'utilisateur de gagner du temps et d'éviter des frustrations potentielles. La position physique de la paire de prismes anamorphiques, par rapport à l'emplacement du faisceau laser incident, est également moins sensible.

Figure 3 : Deux lentilles cylindriques sont utilisées pour circulariser un faisceau elliptique en agissant indépendamment sur les axes x et y.

Toutefois, les degrés de liberté supplémentaires des lentilles cylindriques leur confèrent une plus grande flexibilité, ce qui peut être utile pour les applications de recherche et le prototypage. Elles peuvent également offrir une transmission plus élevée que les paires de prismes anamorphiques, notamment en cas d'utilisation de traitements AR. La lumière traverse moins de matière dans les lentilles cylindriques que dans les paires de prismes anamorphiques, et la lumière à polarisation p sera perdue si les prismes sont utilisés à l'angle de Brewster. Vous pouvez en savoir plus sur les lentilles cylindriques dans notre Note d’application : À considérer lors de l’utilisation de lentilles cylindriques.

	Lentilles Cylindriques	Paires de Prismes Anamorphiques
Déplacement du faisceau	Pas de déplacement	Déplacement
Degrés de liberté	Élevés	Faibles
Sensibilité à l'alignement	Élevée	Faible
Transmission	Élevée	Moyenne
Coût	Faible	Faible
Encombrement	Faible	Faible

Tableau 1 : Comparaison de lentilles cylindriques et de paires de prismes anamorphiques pour la circularisation du faisceau.