激光光源采用半导体阵列激光器，激光中心波长905nm，脉宽≥8ns，重复频率为25kHz，峰值功率≥200W。激光器阵列为3×3，发光面大小为235μm×400μm，输出光束发散角水平方向为θ0=12°，垂直方向为θ1=20°(Laser component Inc.，2011)。由于两个方向上的发光面大小以及发散角不一致，导致光束输出远场近似为椭圆型。因此，为了压缩发散角，同时满足远场光斑为正方形，采用两个柱面透镜对激光器输出光束进行整形。发射光学系统具体设计步骤包括：确定透镜的焦距，根据焦距得出通光口径，计算出准直透镜光学参数。
1. 确定柱面透镜焦距的设计
为了使得激光束输出距离200m 后的方形光斑尺寸为5m×5m，则根据几何关系，可以得到发散角半角，如式(4-1)所示：
经过单透镜准直后，其束腰(光斑能量1/e2的半径) w1为(周炳琨等，1980)：
式中，λ 为激光器的波长；w0为激光器输出光束的初始腰斑半径；f 为透镜的焦距；l 为初始束腰到透镜的距离。其发散角(半角)为：
当出射激光落在准直透镜的前焦点上时，即f=l，则有：
发光面大小为235μm×400μm，近似为垂直方向和水平方向上的初始束腰直径。
垂直方向上柱面透镜的焦距为：
水平方向上柱面透镜的焦距为：
2. 准直透镜的通光口径设计(www.xing528.com)
为了有效压缩光束的发散角，对透镜的相对孔径F 需有一定的要求，即
根据激光器参数，光束发散角垂直方向全角为θ1=20°，水平方向全角为θ0=12°。因此，可以计算出：
D1≥2 × 9.4 × tan10° = 3.3mm
D2≥2 × 16 × tan6° = 3.4mm
实际上，取D1= 3.3mm，D2= 3.4mm。
3. 准直透镜曲率半径计算
工程设计中，常采用平凸柱面镜对半导体激光器进行光束整形。根据曲率半径计算公式(周炳琨等，1980)：
式中，f 为透镜的焦距；n 为透镜的折射率；R 和R0为透镜两面的曲率半径，由于柱面透镜平的一面曲率半径为无穷大，透镜的折射率取1.5，由公式(4-6)可得柱面透镜凸的一面曲率半径为：
根据上述计算，得到两片平凸柱面镜的焦距分别为：f1=9.4mm，f2=16mm，可以算出其曲率半径分别为：
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