文档介绍：发明名称:
基于组合透镜组的光线扩束与整形系统设计
摘要
本发明涉及一种用于光束整形的光学系统,所述的光学系统包含抛物面镜,凸面镜,凹面镜,柱面镜,且系统具有光轴。利用抛物面良好的无相差特性,将光源置于抛物面的焦点上,将产生平行的入射光线,因为球面镜本身不可避免的存在球差,凸面镜产生负的球差,凹面镜产生正的球差,采用凸凹面镜胶合的方法可以消除在某个方向上消除球差,使得光束的聚焦效果更好;柱面镜仅在一个方向具有汇聚作用,类似于,用于对光束在一个方向进行压缩或扩展,采用一组正交的柱面透镜,用于实现光束不同方向的挤压。由于柱面镜不具有空间的的轴对称特性,将柱面镜旋转角度,得到光斑也将旋转一定的角度,从而满足不同方向的光斑需求。基于各种透镜的基本作用,本文得到正方形,横矩形,竖矩形,圆形,动态倾斜,以满足不同的生产需求。
权利要求书
一种用于光束扩束整形的光学系统,所述光学系统包含光源,透镜组,接收器,系统整体具有光轴,其特征在于,所述的透镜组包含:
阵列反射形抛物面,其阵列几何中心关于光轴对称,用以将点光源变为平行光束,模拟激光的准直特性。
球面凸镜和凹镜组成的胶合透镜组合,凸面镜有负的球差,凹面镜会有正的球差,利用凹面镜可以进行补偿,抵消球差,使得光束的聚焦效果更好。
柱透镜采用一组正交的空间位置组合,通过日常生活,很容易看出,柱透镜在沿母线方向没有放大率,在垂直于母线的方向,由于厚度的变化,对光线有汇聚作用,用于对光束尺寸进行以维压缩或者放大。
,其特征在于,基于数学模型的创建,得到过焦点的点光源平行出射这一重要结论,用于将点光源转化为一束平行光线,且根据阵列的形状,第一次将光源从一个点调节为阵列形状。
,其特征在于,可以在消除轴向球差的优势下将平行光束汇聚到一点,因为球面镜的轴对称特性,可以实现以及光斑的尺寸缩放(长宽缩放比例相同),只需要将接收器置于不同的位置,根据相似原理,尺寸动态变化,用于聚焦。
,其特征在于,是一种短焦距镜头,沿着一个方向光束尺寸不变,沿着另一个与之垂直方向,表现为光束的压缩(凸柱面镜),导致光束最终呈现形式为压缩或放大(长宽非等比例)
,其特征在于,柱面镜位于胶合透镜组后,几何距离上等于胶合组合镜与柱面镜焦距之和,但是柱面镜为短焦镜头,远小于胶合镜组焦距,可以忽略不计。
,其特征在于,通过绕着Z轴旋转角度,光斑也旋转
,通过柱透镜的旋转,用于实现光倾斜角度的动态变化。
技术领域
【0001】本发明涉及激光扩束的非成像光学技术,更具体的说,是一种应用于光源扩束与整形的光学系统。
背景技术
【0002】在激光加工的许多应用领域中,光束质量至关重要。激光材料加工,光学信息处理,存储和记录,激光的医学临床应用等领域,都对光束质量有着较高的要求。在非线性光学的频率变换中,要求抽运激光束强度均匀;在高功率固体激光器和放大器中,输入光束尺寸不均匀会导致非线性效应,使输出光束质量变坏,甚至损坏激光工作物质。激光光束质量不仅影响激光器的整体性能,也极大的影响激光技术水平的发展。【1】
【0003】通常激光器发出的激光束的空间分布呈高斯分布,即高斯光束。在很多应用中,希望激光束是均匀分布的,因此,对激光束的光束进行整形变的尤为重要,由此产生了多种激光光束整形技术。近年来,激光光束整形技术称为研究的热点。所谓的激光光束整形技术,是指改变入射光光束的强度分布为所需的强度分布,同时调节相位分布来控制路径。【2】目前,激光整形技术可分为以下几类:组合透镜法,单透镜法,渐变折射率透镜法,衍射法,反射法等。
发明内容
【0004】本发明要解决的技术问题在于,针对现有激光器光束尺寸不均匀,光束截面形状单一,光束不均匀导致的非线性效应等缺陷,提供了一种基于组合透镜的光学机构,用以实现光束的均匀性,光斑尺寸的多样性,以适用于更多的生产需求。
【0005】本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种用于激光整形扩束的光学系统,所述系统包含点光源,抛物面阵列,胶合透镜,柱透镜,以及与上述结构连接在一起的封装结构,且系统整体具有光轴,其中所述透镜组包含:
【0006】阵列反射形抛物面,其阵列几何中心关于光轴对称,用以将点光源变为平行光束,模拟激光的准直特性。
【0007】球面凸镜和凹镜组成的胶合透镜组合,凸面镜有负的球差,凹面镜会有正的球差,利用凹面镜可以进行补偿,抵消球差,使得光束的聚焦效果更好。
【3】
【0008】柱透镜采用一组正交的空间位置组合,通过日常生活,很容易看出,柱透镜在沿母线方向没有放大率