CN101349853A - 一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光和光学领域，尤其涉及一种可替代常规可调焦距透镜和光束扫描器的光学元件结构。本发明的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其至少包括：泵浦光源，用来泵浦可吸收泵浦光的光学吸收体；光学吸收体，可吸收泵浦光，并能因泵浦光功率或波长变化改变其折射率。泵浦光源泵浦可吸收该泵浦光的光学元件，利用泵浦光强度变化改变光学元件热透镜焦距，从而使通过热透镜光束发散角或光方向发生改变，其功能等效可调透镜或光学扫描器。本发明的光学元件结构是一种新颖的、可替代常规可调焦距透镜和光束扫描器的光学元件结构。

Description

一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构

技术领域

本发明涉及激光和光学领域，尤其涉及一种可替代常规可调焦距透镜和光束扫描器的光学元件结构。

背景技术

长期以来，人们采用通过调节光学透镜组透镜相对位置来调节组合透镜焦距来实现光束发散角可调性变化，其缺点是需机械调节装置，同时速度较慢，一般均为秒数量级；另一方面在实现光束方向偏振时同时多采有机械式镜面方向调节来改变连续光线束方向，亦采用声光器件连续改变光束方向，还有用电光器件改变光束方向，但因改变量较小或所需电压较高或速度太慢。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可替代常规可调焦距透镜亦可以用于光束扫描器的光学元件结构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其至少包括：

泵浦光源，用来泵浦可吸收泵浦光的光学吸收体；

光学吸收体，可吸收泵浦光，并能因泵浦光功率或波长变化改变其折射率。

进一步的，所述的泵浦光源是激光、LED光、闪光灯产生的可被光学吸收体吸收光。

进一步的，泵浦光源上还设置有用于调节泵浦光功率或波长的调谐构件。所述的调谐构件的调谐方式为连续脉冲、快速改变方式。所述的泵浦光源从光学吸收体正面泵浦，制作可调焦距透镜；所述的泵浦光源从光学吸收体侧面泵浦，制作非移动式光束扫描器。

进一步的，所述的光学吸收体折射率的改变由温度变化导致。温度的变化导致光学吸收体的热透镜焦距变化，或热分布变化，从而通过热透镜改变实现通过热透镜区域光束发散角，光方向的改变。光学吸收体可以是光学玻璃、光学晶体、光学陶瓷等光学材料。

本发明所制的非移动可调透镜可用来制高速摄像、照相机的镜头；所制的光束扫描结构可用来制作非移动式光束扫描器。

故，本发明的光学元件结构是一种新颖的、可替代常规可调焦距透镜和光束扫描器的光学元件结构。

附图说明

图1是本发明的实施例一的示意图；

图2是本发明的实施例一的等效示意图；

图3是本发明的实施例一的原光路图；

图4是本发明的实施例一的调谐光路图；

图5是本发明的实施例二的原光路图；

图6是本发明的实施例二的调谐光路图。

具体实施方式

如图1、图5所示，本发明的光学元件，其至少包括：

泵浦光源，输出波长为λ泵浦光(103)用来泵浦可吸收泵浦光的光学吸收体(101)；

光学吸收体(101)，可吸收泵浦光(103)，并能因泵浦光功率或波长变化改变其折射率。

实施例一：

如图1所示，101为特定光学波长光学材料的吸收体，103波长为λ泵浦光，104波长为λ1待调节的光，其中光学吸收体(101)吸收波长为λ泵浦光(103)，对λ1光(104)透射，102为镀有对λ反射对104λ透射膜的光学基片。由激光原理得知，当光学元件吸收泵浦光时，由于温度梯度会形成热透镜，如半导体激光泵浦固体激光增益材料时形成热透镜通常可由下列公式表(P409：《固体激光工程》)[美]W.克希耐尔，科学出版社2002年)

$f=\frac{{\mathrm{\πkcWp}}^2}{P_H\left(\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}\right)}\left(\frac{1}{1-\mathrm{expl}-2l}\right)$

由上式可知当泵浦功率变化时，f在变化，图2是本发明的实施例一的等效原理示意图，即光学吸收体(101)可以等效为一热透镜。本发明的原理是当改变泵浦光源电流时，泵浦光的泵浦功率变化时，热透镜产生变化，从而使通过该热透镜的光束发散角发生变化，从而实现调节泵浦光光强改变热透镜实现非移动时可调光学透镜的功能。

如图3、图4所示，待调节光束偏离透热镜轴线Δx，若泵浦功率变化，则热透镜焦距f变化，由于待调节光束相对轴线光学偏振为 $\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{\Δ\χ}}{f}$ ，当f变化时，则其偏振方向发生偏折，从而实现光束方向可调性。

实施例二：

如图5所示，101为光学吸收体，103为波长为λ的泵浦光，104为待调光束，与实施例一不同的是泵浦光从侧面泵浦，204为会聚透镜，光学吸收体(101)会形成楔形折射率变化分布，它可等效一个光学楔角片，当泵浦功率变化，折射率变化，从而使光束方向发生偏振。

本发明的光学元件可以是光学玻璃晶体、陶瓷、半导体。由于光学元件热平衡一般在ms量级，从而可使本专利可调透镜和光束扫描器可在ms量级调节光束。由于光学泵浦光可在通过电流变化调节从而实现无移动中等速度调节，光束发射角和偏转方向。当然的，所述的调节方式也可以为连续脉冲、快速改变方式。

本发明的泵浦光源可以是半导体激光器，或其它形成激光器发光二极管，亦可以是其它非激光式光源，如氙灯闪光灯，它可以在瞬间获得很高光强，从而可应用于本发明。

本发明所制的非移动可调透镜可用来制高速摄像、照相机的镜头；所制的光束扫描结构可用来制作非移动式光束扫描器。

Claims (10)

1.一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：其至少包括：泵浦光源，用来泵浦可吸收泵浦光的光学吸收体；

光学吸收体，可吸收泵浦光，并能因泵浦光功率或波长变化改变其折射率。

2.如权利要求1所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的泵浦光源是激光、LED光、闪光灯产生的可被光学吸收体吸收光。

3.如权利要求1所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的泵浦光源从光学吸收体正面泵浦。

4.如权利要求1所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的泵浦光源从光学吸收体侧面泵浦。

5.如权利要求1或2所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：还包括用于调节泵浦光功率或波长的调谐构件。

6.如权利要求5所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的调谐构件的调谐方式为连续脉冲、快速改变方式。

7.如权利要求1所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的光学吸收体可以是光学玻璃、光学晶体、光学陶瓷等光学材料。

8.如权利要求1所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的光学吸收体折射率的改变由温度变化导致。

9.如上述任一权利要求所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的非移动可调透镜可用来制高速摄像、照相机的镜头。

10：如上述任一权利要求所述的一种非移动式可调焦距透镜和光束扫描结构，其特征在于：所述的光束扫描结构可用来制作非移动式光束扫描器。

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