CN101414059A - 一种光束准直方法及光学准直装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种光学准直装置，包括：第一负透镜组，用于接收入射光束，并对所述入射光束进行发散；第二正透镜组，用于将所述第一透镜组发散后的光束准直为平行光束输出，在入射光方向上第二正透镜组位于所述第一负透镜组之后，相应的，本发明还公开了一种光束准直方法，采用本发明所提供的方案，可以把发散的光束准直为小角度的光束，同时具有较短的系统长度。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种光束准直方法及光学准直装置。
背景技术
激光二极管(Laser Diode，LD)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、垂直腔面发射半导体激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)和光纤耦合激光器等光源，输出的光束具有由几度到几十度不等的发散角度，在实际应用中为了保证其定位的准确性，往往通过准直光学系统(也称为激光发射系统、激光发射天线)来降低其发散角度。现有技术通常都是直接加入一透镜组作为准直光学系统，该透镜组可以是非球面单透镜，也可以是由多片球面组合而成的透镜组。
图1为现有技术准直光学系统结构图，由光源输出的具有一定发散角度的光束经过准直透镜组准直为按一定孔径近似平行传输的光束，准直处理后的光束要求发散角度越小越好。准直角度和系统的焦距也即系统的长度有关，系统焦距f＝d/w，其中d为激光源的发光面，w为系统要求的准直角度，w越小则系统焦距f越大，系统长度也就越长。
发明人在实现本发明的过程中，发现上述准直光学系统的整个系统长度较长，导致准直度较低，即不能达到较小的发射角，为了得到较高的光束准直度时又不得不延长系统的长度。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种光束准直方法及光学准直装置，能够把发散的光束准直为小角度的光束，同时具有较短的系统长度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种光学准直装置，包括：
第一负透镜组，用于接收入射光束，并对所述光束进行发散；
第二正透镜组，用于将所述第一透镜组发散后的光束准直为平行光束输出，在入射光方向上第二正透镜组位于所述第一负透镜组之后。
相应的，本发明实施例提供了一种光束准直方法，包括：
接收入射光束，并将所述入射光束通过第一负透镜组进行发散；
将所述经第一负透镜组发散后的光束通过第二正透镜组准直为平行光束输出，在入射光方向上第二正透镜组位于所述第一负透镜组之后。
本发明实施例通过接收入射光束，并将所述入射光束通过第一负透镜组进行发散，将所述经第一负透镜组发散后的光束通过第二正透镜组准直为平行光束输出，缩短了整个系统的焦距，从而实现了把发散的光束准直为小角度的光束，同时具有较短的系统长度。
附图说明
图1为现有技术的准直光学系统的原理示意图；
图2为本发明实施例一种光学准直装置及其光路的示意图；
图3为本发明实施例一种光束准直方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细描述。
图2为本发明实施例一种光学准直装置及其光路的示意图。该光学准直装置包括：第一负透镜组20和第二正透镜组21，在入射光方向上第二正透镜组21位于第一负透镜组20之后。
第一负透镜组20，用于接收入射光束，并对所述光束进行发散；
具体的，所述入射光束由激光光源发出，具有几度到几十度不等的发散角度，为了便于说明，在此假设该入射光束为对称分布，激光光源的发光面为d，峰值半宽(Half Width at Half Maximum，HWHM)发散角度为θ，则该入射光束的数值孔径NA＝sinθ。第一负透镜组20(焦距为f1)接收入射光束，并对所述光束进行发散，即利用负的折射率将入射光束朝向与光轴相反的一侧折射，从而放大了光束的发散角度，也即增大了入射光的光束直径，所以第一负透镜组的角放大率M＝sinθ/sinθ′小于1，由拉格朗日定理n×d×sinθ＝n′×d′×sinθ′，其中d为激光光源的发光面，d′为发光面经过第一负透镜组后的像，θ′为放大后的发散角度，n和n′为折射率，在这里均为空气的折射率，所以n＝n′，由此可以得出d′＝dsinθ/sinθ′＝dM，因为M<1，所以d′<d，即激光光源发光面经过第一负透镜组20所成的像的高度小于激光光源的发光面高度。
第二正透镜组21，用于将所述第一透镜组发散后的光束准直为平行光束输出；
具体的，第二正透镜组21利用正的折射率将所述第一透镜组20发散后的光束朝向光轴的一侧折射，输出满足系统要求的准度角度的平行光。假设系统要求的准直角度为w，则第二正透镜组的焦距f2＝d′/w。在现有技术的准直光学系统中，如果要达到w的准直角度，准直系统的焦距f＝d/w，由于d′小于d，所以f2小于f，系统的长度L满足|f1|+f2>L>f2-|f1|，由此可以看出本发明实施例提供的装置减少了系统的长度，第一负透镜组的焦距f1越小，角放大率M越小，则d′越小，那么f2越小，整个系统的长度就越短。例如，一个数值孔径NA＝0.22，纤芯d＝200um的光纤耦合激光光源，为了得到准直度为2mrad的准直光束，可以取焦距f1＝-10mm，角放大率M＝0.6x的第一负透镜组，数值孔径NA＝0.22，纤芯d＝200um的光束经过第一负透镜组后，得到数值孔径NA′＝NA/M＝0.22/0.60＝0.36的光束，由拉格朗日定理n×d×sinθ＝n′×d′×sinθ′，可计算得到第二正透镜组的焦距f2＝d′/w＝0.12mm/0.002rad＝60mm，即第二正透镜组的焦距只需要60mm即可得到准直度为2mrad的准直光束，所以整个系统的长度L＝65mm左右(系统的总长满足|f1|+f2>L>f2-|f1|)。而现有技术中的准直光学系统如果要得到准直度为2mrad的准直光束，系统焦距f＝d/w＝0.2/0.002＝100mm，所以不管采用的是非球面准直系统还是多片球面准直系统，系统长度都在100mm以上。由此可以看出，本发明实施例提供的光学准直装置可以把发散的激光光束准直为小角度的光束，同时具有的系统长度比现有技术的系统长度短。
需要说明的是，所述第一负透镜组可以是一个负透镜，也可以是多个透镜(包括正透镜和负透镜)组合而成的负透镜组，所述第一负透镜组可以是非球面的负透镜组也可以是多个球面组合的透镜组；所述第二正透镜组可以是一个正透镜，也可以是多个透镜组和而成的正透镜组，所述第二正透镜组可以是非球面的正透镜组也可以是多个球面组合的正透镜组。
图3为本发明实施例一种光束准直方法的流程图。包括以下步骤：
步骤S301，接收入射光束，并将所述入射光束通过第一负透镜组进行发散；
具体的，所述入射光束为激光光源发出的光束，具有几度到几十度不等的发散角度，第一负透镜组接收所述入射光束，利用负的折射率将入射光束朝向与光轴相反的一侧折射，从而增大了所述入射光束的发散角度，也即增大了入射光的光束直径，由拉格朗日定理可知，激光光源发光面经过第一负透镜组所成的像的像高d′小于激光光源的发光面高度d。需要说明的是，所述第一负透镜组可以是一个负透镜，也可以是多个透镜(包括正透镜和负透镜)组合而成的负透镜组，所述第一负透镜组可以是非球面的负透镜组也可以是多个球面组合的透镜组。
步骤S302，将所述经第一负透镜组发散后的光束通过第二正透镜组准直为平行光束输出；
具体的，第二正透镜组利用正的折射率将所述第一透镜组发散后的光束朝向光轴的一侧折射，输出满足系统要求的准度角度的平行光。假设系统要求的光束准直角度为w，则第二正透镜组的焦距f2＝d′/w，在现有技术的准直光学系统中，如果要达到w的准直角度，准直系统的焦距f＝d/w，由于d′小于d，所以f2小于f，本发明提供的技术法案的系统焦距比现有系统的系统角度短。由此可以看出，本发明实施例提供的一种光束准直方法在把发散的入射光束准直为小角度的同时缩短了系统的长度。需要说明的是，所述第二正透镜组可以是一个正透镜，也可以是多个透镜组合而成的正透镜组，所述第二正透镜组可以是非球面的正透镜组也可以是多个球面组合的正透镜组。
本发明实施例本发明实施例通过接收入射光束，并将所述入射光束通过第一负透镜组进行发散，将所述经第一负透镜组发散后的光束通过第二正透镜组准直为平行光束输出，缩短了整个系统的焦距，从而实现了把发散的光束准直为小角度的光束，同时具有较短的系统长度。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1、一种光学准直装置，其特征在于，包括：
第一负透镜组，用于接收入射光束，并对所述入射光束进行发散；
第二正透镜组，用于将所述第一透镜组发散后的光束准直为平行光束输出，在入射光方向上第二正透镜组位于所述第一负透镜组之后。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一负透镜组为一个负透镜或多个透镜组合而成的负透镜组。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一负透镜组为非球面负透镜组或多个球面组合而成的负透镜组。
4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二正透镜组为一个正透镜或多个透镜组合而成的正透镜组。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二正透镜组为非球面正透镜组或多个球面组合而成正透镜组。
6、一种光束准直方法，其特征在于，包括：
接收入射光束，并将所述入射光束通过第一负透镜组进行发散；
将所述经第一负透镜组发散后的光束通过第二正透镜组准直为平行光束输出，在入射光方向上第二正透镜组位于所述第一负透镜组之后。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将入射光束通过第一负透镜组进行发散具体为：
将所述入射光束通过由一个负透镜或多个透镜组合而成的负透镜组进行发散。
8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一负透镜组为非球面负透镜组或多个球面组合而成的负透镜组。
9、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述经第一负透镜组发散后的光束通过第二正透镜组准直为平行光束输出具体为：
将所述经第一负透镜组发散后的光束通过由一个正透镜或多个透镜组合而成的正透镜组准直为平行光束输出。
10、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二正透镜组为非球面正透镜组或多个球面组合而成正透镜组。
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Publications (1)
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