[實用新型]非高斯光束聚焦系統

有效

• 申請號: 201020632938.2
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN201886206U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 顧共恩
• 申請（專利權）人: 武漢奧新科技有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王超

技術領域

本實用新型有關一種非高斯光束的聚焦，特別適用于空心波導中電磁輻射的聚焦。

背景技術

空心波導現在廣泛用于醫療，工業加工及光傳輸等各個領域。尤其是波長在10.6μm和0.6328μm的激光特別適合在空心波導中傳輸。經過空心波導傳輸出來的光并不是高斯光。

從空心波導總出射的最小光斑尺寸為0.8mm，在許多高級醫療和工業加工應用中，需要更小的光斑尺寸。通常可以通過減小空心波導的內徑來減小光斑，但是會帶來大量的光能量損耗。另外，將CO₂激光耦合進內徑非常小的空心波導也會遭遇越來越多的困難。為了將CO₂激光聚焦到0.3mm或者更小，一種非常好的方法便是用一個或者兩個透鏡系統將從空心波導中出射的光聚焦。評價這種方法可以從以下方面著手：光斑尺寸、光束質量和傳輸功率。

由于在空心波導的可彎曲的金屬管內壁涂覆有優化的電介質涂層，一般使用的元素是銀，內徑為1mm，在光波導端口最小的光斑尺寸是0.8mm。但是在許多高級醫療和工業應用中，需要更小的光斑尺寸。傳統的聚焦非高斯光束的系統，只使用一個凸透鏡，這樣會帶來額外的球面相差。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種非高斯光束聚焦系統。本實用新型結構簡單，成本低，且能將從空心波導中出射的CO₂激光的光斑尺寸減至理想值。

本實用新型所采用的技術方案是：非高斯光束聚焦系統，包括空心波導，光束從空心波導出射后，再依次經過第一透鏡系統和第二透鏡系統后出射。

所述第一透鏡系統根據光線傳播方向依次包括凹透鏡、光闌和第一凸透鏡。

所述第二透鏡系統包括第二凸透鏡。

本實用新型的優點：結構簡單、成本低和調節范圍大。透鏡系統均由光學玻璃制成，這樣在其加工工藝上比較穩定，可以保證聚焦系統的品質。

附圖說明

圖1為當達衍射極限激光束進入空心波導后的示意圖；

圖2為空心波導中射出的光束示意圖；

圖3為公知非高斯光束聚焦系統的結構原理圖；

圖4為內部結構示意圖；

圖5為本實用新型中的非高斯光束聚焦系統的成像示意圖。

具體實施方式

如圖4所示，非高斯光束聚焦系統，包括空心波導1，光束從空心波導1出射后，再依次經過第一透鏡系統和第二透鏡系統后出射。

在優選的實施方式中，第一透鏡系統根據光線傳播方向依次包括凹透鏡2、光闌3和第一凸透鏡4。凹透鏡2位于非高斯光束的入口處。

在優選的實施方式中，第二透鏡系統包括第二凸透鏡5。

上述凹透鏡2、第一凸透鏡4和第二凸透鏡5均采用光學玻璃。各光學器件均共軸設置。

為便于對本實用新型的結構及達到的效果有進一步的了解，現配合附圖并舉較佳實施例詳細說明如下。

本實用新型的特點：對于確定的聚焦系統，本結構的聚焦比通過調節透鏡間距可實現大范圍內的連續可調；二是對于給定的聚焦比，通過透鏡焦距的選擇可找到一個最小間距，以達到節省空間的目的。

本實用新型的技術解決方案如下：

一種用于聚焦非高斯光束的聚焦系統，由同光軸的依次的凹透鏡、光闌、第一凸透鏡和第二凸透鏡構成。

在實際應用中的光波導長度通常可達1500mm，內徑一般為1mm。從空心波導射出的光是多模，最小光斑尺寸主要由內徑決定。雖然可以通過減小內徑來得到更小的光斑尺寸，但是于此同時，會損失大量的光能量，因為衰減損耗是與波導的內徑成反比的。對于直波導，能量的衰減α₁₁可以由Marcatili和Schmeltzer來描述。