[發明專利]一種線狀光束整形光學系統

無效

• 申請號: 200910273392.8
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101770075A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 夏文建;王鋒
• 申請（專利權）人: 武漢凌云光電科技有限責任公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B7/02;G02B7/18
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明涉及一種整形光學系統，特別是涉及一種線狀光束整形光學系統。

技術背景

建筑工程、道路測量、軌道交通監測等科學工程應用場合均需要合適的線狀激光束作為光源，要求該線狀光束具有一定的照度、發射角度、發射距離，且線狀光束要達到一定的線性度和線寬指標，其激光能量分布要相對均勻。通常，當激光束經過柱面透鏡或普通鮑威爾棱鏡時，柱面透鏡或鮑威爾棱鏡均可對激光束在一個方向上進行擴展而形成線狀光束，柱面透鏡所形成的線狀光束具有中間能量分布較高，邊緣能量分布較低的特點，鮑威爾棱鏡則相反，其形成的線狀光束的能量分布具有中間弱，邊緣強的特性。

發明內容

本發明所要解決的問題是：目前激光束經過柱面透鏡或鮑威爾棱鏡時，其形成的線狀光束的能量分布具有中間與邊緣存在不均勻分布。針對這一問題，采用了柱面鏡+改進型的鮑威爾棱鏡結構，即利用柱面鏡來控制入射到鮑威爾棱鏡的光束的入射面積和能量分布，利用鮑威爾棱鏡的屋脊夾角來控制線性度發射角，利用所設計的鮑威爾棱鏡的屋脊形狀為非球面結構來控制輸出能量的分布，并通過適當調整柱面鏡與改進型鮑威爾棱鏡之間的距離對入射到改進型鮑威爾棱鏡的入射角和能量分布進行微調，最終形成一能量均勻分布，具有一定張角，長度和寬度符合道路探測，軌道檢測等應用需要的線狀光束。為此，本發明提供一種線狀光束整形光學系統。

為了實現上述目的其技術方案是：一種線狀光束整形光學系統，包含一個激光光源，該光源激光波長為近紅外激光，激光功率為數百毫瓦～50W，激光波長為808nm、980nm或者1064nm；一套光纖傳輸系統；一套光束聚焦系統，光束聚焦系統包含透鏡組；一套線狀光束整形系統，線狀光束整形系統包括一個柱面鏡，柱面鏡焦距f＝30～80mm)一個改進型的鮑威爾棱鏡(屋脊面夾角為10-80°)。近紅外激光經過一個光纖耦合系統耦合到光纖中(光纖芯徑為100～400微米)，經光纖耦合傳輸后的激光束，經過一套光束聚焦系統(光束聚焦系統組合焦距f’＝80mm-150mm)，激光束變成一匯聚光束，該匯聚光束經過線狀光束整形系統，形成一笤帚狀光束，光束在橫向上，成扇形分布，在縱向上，成聚焦形狀；通過適當調整柱面鏡與改進型鮑威爾棱鏡之間的距離來調整入射到改進型鮑威爾棱鏡的入射角和能量分布，最后在笤帚狀光束的縱向聚焦點處，形成一能量均勻分布，具有一定張角，長度和寬度符合道路探測，軌道檢測等應用需要的線狀光束。

所述的透鏡組由三個透鏡(13)、(14)和(15)構成。

所述的光纖(4)的芯徑為200微米。

所述的柱面鏡(8)的焦距f＝45mm，改進后的鮑威爾棱鏡(9)屋脊面夾角為70°。

所述的鮑威爾棱鏡(9)的屋脊面形狀為非球面。

本發明特點，優點，效益及應用范圍

本發明的特點是，針對目前道路檢測光源系統中，激光器與光束整形系統一體化所導致環境溫度變換影響激光器工作狀態的問題，采用了光纖傳輸，可以把激光器和光束整形系統分開，激光器可以放置在一定的冷卻環境如軌道檢測車內，而光束整形系統可以放置在相對惡劣的室外環境中，從而改進了系統運行的穩定性。利用一聚焦系統以及柱面鏡+改進型的鮑威爾棱鏡組成一線狀光束整形系統，該線狀光束整形系統可以避免了普通的柱面鏡成像和普通鮑威爾棱鏡所成線狀光束的能量分布的不均勻性。適當調整柱面鏡與改進型鮑威爾棱鏡之間的距離來調整入射到改進型鮑威爾棱鏡的入射角和能量分布，形成一能量均勻分布，具有一定張角，長度和寬度符合道路探測，軌道檢測等應用需要的線狀光束。

道路探測，軌道測量等對于照明光束有比較高的要求的場合，如能量分布均勻性，線寬一致性，長的線長，窄的線寬等等，采用本發明的現狀光束整形系統，可以為道路探測，軌道測量等提供優質的線性光源。本發明可以廣泛地用于建筑工程、道路測量和軌道交通監測等領域。

附圖說明

圖1：一種線狀光束整形光學系統結構原理圖

圖2：聚焦系統透鏡組結構圖

圖3：改進型鮑威爾棱鏡輸出光斑的縱向傳輸圖

具體實施方式

本發明結合附圖1，對其技術方案詳細敘述如下：

一種線狀光束整形光學系統，包含一個激光光源1，該激光光源1輻射激光2，激光2功率為30W，激光2波長為808nm，激光2經過光纖耦合系統3，耦合到光纖4中，光纖4的芯徑為200微米，激光2經過光纖4傳輸后，形成具有相對均勻能量分布的光束5，光束5入射到光束聚焦系統6，光束聚焦系統6包含透鏡13，14和15，以及線狀光束整形系統7；線狀光束整形系統7包括一個柱面鏡8(柱面鏡焦距f＝45mm)和一個改進型的鮑威爾棱鏡9(屋脊面夾角為70°)。激光束5經過聚焦系統6后，形成一匯聚光束10，該匯聚光束10經過線狀光束整形系統7，形成一笤帚狀光束11，光束11在橫向上，成扇形分布，在縱向上，成聚焦形狀；適當調整柱面鏡8與改進型鮑威爾棱鏡9之間的距離來調整入射到改進型鮑威爾棱鏡9的入射角和能量分布，最后在縱向聚焦點處，形成一能量均勻的線狀光束12。