[發明專利]一種實心光束和環形光束的變換裝置

在審

• 申請號: 201610539699.8
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN107589547A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 王顏超;郭敬為;王鵬遠;劉金波
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B26/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

一種實心光束和環形光束的變換裝置，采用兩個相同配置的圓錐形鏡以及一個平凸透鏡和一個平凹透鏡組成的系統，實現能夠從實心圓形光束到環形光束或者環形光束到圓形光束的變換。本裝置可以實現同一實心圓光斑到不同遮攔比環形的變換，也可以實現不同遮攔比的環形光斑之間的任意變換。

背景技術

目前最常見的固體YAG激光器、光纖激光器、He-Ne激光器以及大多數染料激光器等都是實心圓形光斑輸出。而實際的應用通常是多種多樣的。例如采用卡塞格林系統將光束發射到遠場，就需要遮攔比較大的環形光斑。此外某些探測技術，例如USED-CARS光譜技術需要環形的泵浦光。這些應用都需要采用特殊的技術將一束實心圓形光斑變為不同遮攔比的環形光束，特別是USED-CARS技術，需要根據被測物種所處環境條件的不同條件環形光斑的遮攔比，從而調節幾束激光的相位匹配。采用本專利裝置可以實現上述的實心光斑到環形光斑的轉換。另外在受激拉曼試驗對于泵浦激光的光束質量要求非常高。對于一些模體積非常大(尤其是橫向尺寸比較大)的激光器，例如光解碘激光器，為了提高光束質量，常常采用共焦非穩腔。非穩腔通常為空心光束輸出，然而空心光斑的受激拉曼效果比實心光斑的要差很多。因此也需要這些環形光斑到實心光斑的變換。本專利裝置可以很好地實現不同遮攔比的環形光束到實心光束的變換。

發明內容

本發明主要解決的技術問題在于提出了一種實心光束和環形光束的變換裝置，可應用在光束的遠場傳輸，以及USED-CARS光譜技術等領域。

本發明的技術方案如下：

一種實心光束和環形光束的變換裝置，其特征在于：包括激光器，由平凹透鏡和平凸透鏡組成的擴束準直系統，圓錐形透鏡，圓錐形透鏡，電動平移臺控制系統和光學導軌。圓錐形透鏡和圓錐形透鏡的特征參數相同。在圓錐形透鏡和圓錐形透鏡的底座上均安裝有電動平移臺。通過電動平移臺固定在光學導軌上。圓錐形透鏡的縱向截面圖如圖2所示。其中θ為圓錐形透鏡的頂角。

激光器可以為任意輸出光束為實心光束或環形光束的激光器,在光學導軌上放置。沿激光光路上依次同軸放置由平凹透鏡(凹面朝向光傳播方向)和平凸透鏡(平面朝向光傳播方向)組成的擴束準直系統，圓錐形透鏡(錐面朝向光傳播方向)，圓錐形透鏡(平面朝向光傳播方向)，實現從實心光束到空心光束的雙向變換。

激光器和由平凹透鏡、平凸透鏡組成的擴束準直系統固定在光學導軌表面。圓錐形透鏡和圓錐形透鏡的位置可通過圓錐形透鏡底座的電動平移臺調節。

所述的一種實心光束和環形光束的變換裝置，其特征在于：上述圓錐形透鏡和圓錐形透鏡頂角相對放置，產生的環形光束的大小由圓錐形透鏡和圓錐形透鏡的距離l決定。

距離l應滿足：

其中w為入射光束的半徑，γ為遮攔比，n為空氣與圓錐形透鏡材料的相對折

射率，θ為圓錐形透鏡的頂角。

所述的光學調整架具有沿光軸方向的移動機制，該平臺可控制兩錐透鏡間的距離，通過操縱此參數實現對輸出光束特征參數的調節。

本發明具有以下優點：

1)光路設計簡單，使用方便；

2)所有的光學表面均非常容易鍍膜，從而能量損失非常少，可進行高功率激光的遠場傳輸；

3)該光束變換裝置的所有光學元件均為常規的光學元件，價格容易，成本低廉；

4)通過調節圓錐形透鏡間的距離L能夠連續改變環的直徑，而環厚度不變，從而實現遮攔比的連續改變，也能夠滿足對于各種不同大小環形光束的需求。

附圖說明

圖1是本發明實現從實心光束到空心光束的變換的結構圖。

圖2是圓錐形透鏡的縱向截面圖。

圖1中，1為激光器，2為平凹透鏡，3為平凸透鏡，4和5為具有相同頂角的圓錐形透鏡，6為電動平移臺控制系統，7為光學導軌。圖2中θ為圓錐形透鏡的頂角。

具體實施方式

下面結合附圖，主要介紹從實心光束到空心光束的變換，對本發明的結構和原理作進一步詳細的說明。

本發明產生可調節環形光束的裝置，如圖1所示，包括光學導軌，激光器1，平凹透鏡2，平凸透鏡3，圓錐形透鏡4，圓錐形透鏡5以及光學導軌7，將平凹透鏡2，平凸透鏡3固定在光學導軌7上，將圓錐形透鏡4，圓錐形透鏡5的底座分別固定在電動平移臺上，并且將平移臺固定在光學導軌7上，擺放位置如圖1所示。