[發(fā)明專利]采用光楔對調(diào)整變倍系統(tǒng)輸出光束的方法

有效

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• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102890343A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李韋韋;陳力;陳偉;胡麗麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變倍系統(tǒng)，特別是一種采用光楔對調(diào)整變倍系統(tǒng)輸出光束的方法。

背景技術(shù)

在激光應(yīng)用中，變倍光學(xué)系統(tǒng)是一種常用的光學(xué)系統(tǒng)，通過變倍，不僅能夠改變激光光束直徑，實現(xiàn)光束光斑尺寸的匹配要求，而且可以改變發(fā)散角，有利于控制光束光斑尺寸、光束發(fā)散角和能量密度。

對于一個變倍倍率為M倍的變倍系統(tǒng)，根據(jù)拉氏不變量（Lagrange）定理：

J＝nDθ＝n′D'θ'

其中：n和n'表示光學(xué)系統(tǒng)在介質(zhì)中的折射率，當(dāng)介質(zhì)為空氣時，n=n′=1；D和D′表示光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑和出瞳直徑；θ和θ′表示入射光的視場角和出射光的視場角，當(dāng)視場角很小時，可以用弧度表示，由上式可見，當(dāng)變倍倍率為M時，即若經(jīng)過變倍系統(tǒng)擴束M倍后，出射激光束光斑直徑與擴束前相比擴大了M倍，同時擴束后的光束發(fā)散角與未被擴束的激光光束相比，發(fā)散角縮小了M倍。

對于具有不同倍率的變倍光學(xué)系統(tǒng)，不同倍率的光束具有不同的發(fā)散角，常用的調(diào)整發(fā)散角的方法為在變倍系統(tǒng)中選擇一片或者一組透鏡作為調(diào)整鏡組，調(diào)整鏡組根據(jù)需要沿光軸方向前后進(jìn)行移動，用來實現(xiàn)光束發(fā)散角的調(diào)整。這種調(diào)整方法具有一定的局限性，在沿光軸方向移動調(diào)整鏡組時，可能會引起光束傾斜或者離軸，從而改變光束的方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用光楔對調(diào)整變倍系統(tǒng)輸出光束的方法，使激光光束經(jīng)過變倍光學(xué)系統(tǒng)后光束發(fā)散角和光束的能量密度分布不變。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種采用光楔對調(diào)整變倍系統(tǒng)輸出光束的方法，其特點在于，該方法包括下列步驟：

①在變倍系統(tǒng)之前、之中或之后垂直于光束主光軸放置一組或者多組光楔對，每組光楔對的兩個光楔的斜面相對地共軸放置；

②沿光楔對的光楔的斜面的傾斜方向相對移動兩個光楔，以補賞由于光束經(jīng)過變倍系統(tǒng)引起的光束發(fā)散角和光束光斑尺寸的變化。

所述的變倍系統(tǒng)為伽利略型、開普勒型、折反射式和反射式變倍光學(xué)系統(tǒng)。

所述的光楔對的入射面和出射面是平面。

所述的光楔對的入射面和出射面為曲面面型，包括二次曲面、三次曲面、有理函數(shù)曲面、開方函數(shù)曲面、指數(shù)函數(shù)曲面、對數(shù)函數(shù)曲面、冪函數(shù)曲面、周期函數(shù)曲面、或高斯函數(shù)曲面。

本發(fā)明的調(diào)整發(fā)散角方法簡單：采用一組或者多組光楔對，通過相對移動兩個光楔來實現(xiàn)光束發(fā)散角及光束光斑尺寸的調(diào)整，調(diào)整方式簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用光楔對調(diào)整掃描激光光束的方法的原理圖；

圖2是本發(fā)明光束經(jīng)分開的光楔對偏移原理圖；

圖3是本發(fā)明光楔對放置在變倍系統(tǒng)之前的原理圖；

圖4是本發(fā)明兩個光楔相對移動時原理圖一；

圖5是本發(fā)明兩個光楔相對移動時原理圖二；

圖6是本發(fā)明光楔對放置在變倍系統(tǒng)之中的原理圖；

圖7是本發(fā)明實施例1光路圖；

圖8是本發(fā)明實施例2光路圖；

圖9是本發(fā)明實施例3光路圖；

圖10是本發(fā)明實施例4光路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的工作原理如下：

將一組或多組光楔對置于變倍系統(tǒng)，如圖1所示在變倍系統(tǒng)之中放置光楔對，其中光楔對入射面和出射面為平面，光束經(jīng)過光楔對使光束發(fā)生偏移，光束偏移使光束與光軸交點和變倍后組的焦點發(fā)生偏移，從而使變倍系統(tǒng)出射光束的發(fā)散角和光束光斑尺寸的變化。通過光楔對沿斜面傾斜方向相對移動，改變光楔對入射面到出射面的厚度，使光束偏移量發(fā)生變化，實現(xiàn)光束與光軸交點沿軸向的前后移動，從而補償所述的變倍系統(tǒng)引起的光束發(fā)散角及光束光斑尺寸的變化，實現(xiàn)光束發(fā)散角及光束光斑尺寸的精密控制。

對于貼合放置的光楔對，即兩個光楔之間空氣厚度為0mm，如圖1所示光束經(jīng)過一對光楔后光束發(fā)生偏移，沿光軸方向的偏移量ΔL為：垂直于光軸方向的偏移量Δh為：Δh=d(tanθ-tani)，其中sinθ=nsini。

其中：d為光楔對入射面到出射面的厚度，n為光楔的材料折射率，θ為光束入射到光楔的入射角，i為折射角。根據(jù)透鏡成像原理，當(dāng)光束經(jīng)過光楔對有一軸向偏移量ΔL時，則后透鏡組物距為f-ΔL，則所以軸向偏移量引起發(fā)散角的變化為D為出射光束直徑。