[發(fā)明專利]一種條形像散光束整形與準(zhǔn)直裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210076284.3
• 申請(qǐng)日: 2012-03-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102621694A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晏虎;雷翔;劉文勁;董理治;楊平;許冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09;G02B27/30;G02B27/00;G02B1/11
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 梁愛(ài)榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光束整形和像散補(bǔ)償裝置，特別是對(duì)條形光束的整形和像散補(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)

主振蕩功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)板條激光器是獲得高光束質(zhì)量激光輸出的重要途徑之一，在科研、工業(yè)和國(guó)防等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。但是MOPA結(jié)構(gòu)板條激光器輸出的光束是長(zhǎng)條形的，不能充分利用傳統(tǒng)軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的通光口徑；經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)聚焦后，垂直方向和水平方向的光束焦點(diǎn)位置不一致，并且不在聚焦系統(tǒng)的焦平面上，這給MOPA結(jié)構(gòu)板條激光器的應(yīng)用帶來(lái)很大困難。

為了有效利用條形像散光束，必須對(duì)光束進(jìn)行整形和像散補(bǔ)償。柱面透鏡、反射鏡或棱鏡的組合能對(duì)光束進(jìn)行單向擴(kuò)束。離軸反射式擴(kuò)束系統(tǒng)中光束被一組拋物鏡面反射后擴(kuò)束，光能量吸收損耗少，擴(kuò)束系統(tǒng)熱變形小，但是離軸拋物面加工困難、裝置調(diào)節(jié)復(fù)雜，離軸反射式擴(kuò)束系統(tǒng)沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。柱面開(kāi)普勒式或伽利略式望遠(yuǎn)擴(kuò)束系統(tǒng)可以將長(zhǎng)條形光束擴(kuò)束為方形光束，但是在這種裝置中，光學(xué)元件均為柱面鏡，只能在一個(gè)方向上對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直。美國(guó)專利“串聯(lián)光學(xué)單向擴(kuò)束器”(US?Patent?4580879)中介紹的棱鏡組擴(kuò)束系統(tǒng)具有易于調(diào)節(jié)、沒(méi)有偏心誤差的優(yōu)點(diǎn)，但是系統(tǒng)中沒(méi)有改變光焦度的元件，不能對(duì)光束的像散進(jìn)行補(bǔ)償。

光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后子午面和弧矢面的聚焦位置不同，說(shuō)明光束有像散像差。從幾何光學(xué)角度看，像散光束子午面和弧矢面光束發(fā)散角不同，像散光束在傳播過(guò)程中光強(qiáng)分布會(huì)發(fā)生變化。對(duì)像散光束校正的基本方法是平衡光束兩個(gè)方向上的發(fā)散角。例如美國(guó)專利“光束整形望遠(yuǎn)鏡”(US2009/0257118A1)用兩個(gè)球面反射鏡補(bǔ)償光束的像散，球面鏡曲率和入射球面鏡的角度決定了像散補(bǔ)償量，需要改變像散補(bǔ)償量時(shí)，需要改變?nèi)肷浣嵌然蚋鼡Q球面鏡，并且調(diào)節(jié)兩個(gè)反射鏡的相對(duì)位置，調(diào)節(jié)難度大。美國(guó)專利“可變像散光束擴(kuò)束器”(US2008/0297912)，利用兩個(gè)緊貼柱面鏡和一個(gè)球面鏡實(shí)現(xiàn)圓形光束像散的補(bǔ)償和準(zhǔn)直，該裝置中兩個(gè)柱面鏡緊貼，柱面鏡與球面鏡的距離可調(diào)。

但是以上方法和裝置只能滿足整形或像散補(bǔ)償中的一個(gè)要求，雖然以上兩種方法或裝置的組合能夠?qū)l形光束整形和補(bǔ)償像散，可是要引入多個(gè)元件，成本和調(diào)節(jié)復(fù)雜度難以降低。因此，人們希望有一種改進(jìn)的裝置，能夠?qū)l形像散光束進(jìn)行整形和像散補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有裝置和方法無(wú)法同時(shí)對(duì)條形像散光束整形和補(bǔ)償像散的缺陷，提供一種改進(jìn)的整形和像散補(bǔ)償裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)條形像散光束的整形和像散補(bǔ)償。

本發(fā)明一種條形像散光束整形與準(zhǔn)直裝置，采用的技術(shù)方案是：包括第一柱面擴(kuò)束鏡、第二柱面擴(kuò)束鏡和補(bǔ)償球面鏡，其中：第二柱面擴(kuò)束鏡位于第一柱面擴(kuò)束鏡和補(bǔ)償球面鏡之間，第一柱面擴(kuò)束鏡、第二柱面擴(kuò)束鏡和球面補(bǔ)償鏡的各中心點(diǎn)在同一軸線上，且該軸線與輸入的條形光束的光軸重合；第一柱面擴(kuò)束鏡，接收條形光束，用于將條形光束生成單向擴(kuò)束光束；第二柱面擴(kuò)束鏡，用于將單向擴(kuò)束光束變換為水平方向和垂直方向發(fā)散角相同的發(fā)散光束；補(bǔ)償球面鏡，將發(fā)散光束準(zhǔn)直，用于生成并輸出準(zhǔn)直的方形光束。

優(yōu)選實(shí)施例，所述的第一柱面擴(kuò)束鏡和第二柱面擴(kuò)束鏡能沿光軸旋轉(zhuǎn)和平移。

優(yōu)選實(shí)施例，所述的第一柱面擴(kuò)束鏡是具有負(fù)的光焦度的負(fù)透鏡，所述負(fù)透鏡的前表面或后表面中至少有一個(gè)是凹柱面。

優(yōu)選實(shí)施例，所述的第二柱面擴(kuò)束鏡是具有正的光焦度的正透鏡，所述正透鏡的前表面或后表面中至少有一個(gè)凸柱面。

優(yōu)選實(shí)施例，所述第一柱面擴(kuò)束鏡、第二柱面擴(kuò)束鏡和補(bǔ)償球面鏡各前鏡面、后鏡面鍍制有針對(duì)條形像散光束的增透膜系。

優(yōu)選實(shí)施例，所述補(bǔ)償球面鏡是平凸透鏡、平凹透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡或凸凹透鏡。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明提供的條形像散光束整形與準(zhǔn)直裝置克服了以往發(fā)明和技術(shù)不能同時(shí)對(duì)條形光束進(jìn)行單向擴(kuò)束和像散補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，該裝置只有三個(gè)透鏡組成，使用的光學(xué)元件數(shù)目較少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便；條形像散光束經(jīng)過(guò)該裝置整形后，以方形準(zhǔn)直光束輸出。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明條形像散光束擴(kuò)束與準(zhǔn)直裝置；

圖2本發(fā)明條形像散光束擴(kuò)束與準(zhǔn)直裝置及聚焦透鏡；

圖3本發(fā)明條形像散光束近場(chǎng)光強(qiáng)分布圖；

圖4本發(fā)明條形像散光束聚焦特性；

圖5本發(fā)明準(zhǔn)直后方形光束光強(qiáng)分布；

圖6本發(fā)明準(zhǔn)直后方形光束能夠會(huì)聚到透鏡焦平面上。

具體實(shí)施方式