[發明專利]基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器

無效

• 申請號: 201410225708.7
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN103969832A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 王玉雷;王玉濤;汪東生;朱成偉;李韜;黨凡陽;郝成龍;周輝;岳猛;陳占良;萬子南;范志剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于激光擴束領域，涉及一種基于微透鏡陣列光學元件的光學系統，可用于激光擴束和激光投影。

背景技術

傳統的激光擴束器件是以兩個單透鏡(聚焦鏡)組成，前一個透鏡將激光光束聚焦在其像方焦點上(也是后一透鏡的物方焦點)，后一透鏡把焦面上的光以平行光透射出去，擴束比與前后兩個透鏡的焦距比有關。這種反望遠鏡式的擴束系統，要取得大的擴束比，必須采用較大口徑的透鏡，而大口徑的透鏡，無論是加工還是裝調，都很困難甚至不可能；而且系統質量和體積很大，需要較高的裝調精度：更為嚴重的是，由于透射系統對高能激光有嚴重的鬼像效應，這使得反望遠鏡式的擴束系統不能用于大功率高能激光的擴束。

目前，這種反望遠鏡式的擴束系統主要有兩種形式：伽利略望遠鏡式擴束鏡和開普勒望遠鏡式擴束鏡，除上述的共有缺點和不足外，還有著各自的缺點和不足。

伽利略望遠鏡式擴束鏡包括一個輸入的凹透鏡和一個輸出的凸透鏡，一般的盡可能的被設計為小的球面像差，低的波前變形和消色差。它的局限性在于不能容納空間濾波或者進行大倍率的擴束。

開普勒望遠鏡式擴束鏡由兩塊凸透鏡組成，其主要缺點是有較大的像差。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于微透鏡陣列光學元件的激光擴束系統，其可應用于激光擴束和激光投影，通過應用微透鏡陣列取代單透鏡設計擴束系統，改善擴束光學系統像差質量，簡化系統結構，提高擴束比，降低了系統裝調的精度要求。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于微透鏡陣列光學元件的激光擴束系統，依次由位于同一直線上的第一級微透鏡陣列、可變光闌和第二級微透鏡陣列構成，三者的屏邊平行，組成共軸系統。其中，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的微透鏡元參數相同，微透鏡元直徑為p，微透鏡陣列的后焦距為f；第一級微透鏡陣列的直徑為D₁，可變光闌的最大直徑為D₂，第二級微透鏡陣列的直徑為D₃，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列之間的距離為d，可變光闌距第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的距離分別為f和d-f。

考慮到一般的激光器的出射光束的直徑一般在5mm左右，本發明中第一級微透鏡陣列的直徑D₁＝10mm，第二級微透鏡陣列的直徑D₃＝60mm，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列之間的距離d＝35mm，采用Thorlabs公司的MLAl50-7AR微透鏡陣列的后焦距為f＝6.7mm，p＝150μm，可變光闌的最大直徑D₂＝12.5mm，p、f、D₁、D₂、D₃、d滿足下式：

dd-f=D3-D1D2-D1.]]>

本發明具有如下優點：

(1)采用微透鏡陣列代替單透鏡，利用微透鏡陣列具有較高的衍射效率的特點，可用于大功率激光擴束勻光，提高入出射光功率比；

(2)采用兩級微透鏡陣列，進一步擴大了擴束比，提高了均勻度；

(3)兩級微透鏡陣列之間添加了可變光闌，可以調節出射光束的孔徑；

(4)理論和實驗表明，系統對兩級微透鏡陣列之間的距離d不敏感，即距離d的小量變化并不對擴束比和均勻度產生大的影響，提高了對為透鏡陣列裝調誤差的容忍度；

(5)可用于大功率激光擴束勻光。

附圖說明

圖1為微透鏡陣列；

圖2為微透鏡陣列擴束勻光示意圖；

圖3為兩級微透鏡陣列對激光光束擴束均勻化示意圖；

圖4為擴束勻光實驗光屏上的勻光擴束投影；

圖中：1-第一級微透鏡陣列，2-第二級微透鏡陣列，3-可變光闌。