CN101770075A - 一种线状光束整形光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线状光束整形光学系统，它包括激光光源、光纤耦合系统，传输光纤，球面透镜组。其特征是，由光源发射的激光，经光纤耦合系统进入光纤，再经光纤传输后，入射到球面透镜组，从球面透镜组出射的光束，经过柱面镜+改进型鲍威尔棱镜组，在空间上形成一个笤帚状光束，在纵向上聚焦点处，最终形成一能量均匀分布的线状光束。本发明可以有效克服普通柱面镜成像和普通鲍威尔棱镜成像所带来的线状光束的能量不均匀的缺陷。采用光纤传输，可以把激光器和光束整形系统分开提高了稳定性。从而为轨道交通、道路检测提供所需要的线状光束。本发明可以广泛应用于道路检测，轨道交通所需要的线状光束系统，也可应用于建筑测绘等其他应用场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种整形光学系统，特别是涉及一种线状光束整形光学系统。
技术背景
建筑工程、道路测量、轨道交通监测等科学工程应用场合均需要合适的线状激光束作为光源，要求该线状光束具有一定的照度、发射角度、发射距离，且线状光束要达到一定的线性度和线宽指标，其激光能量分布要相对均匀。通常，当激光束经过柱面透镜或普通鲍威尔棱镜时，柱面透镜或鲍威尔棱镜均可对激光束在一个方向上进行扩展而形成线状光束，柱面透镜所形成的线状光束具有中间能量分布较高，边缘能量分布较低的特点，鲍威尔棱镜则相反，其形成的线状光束的能量分布具有中间弱，边缘强的特性。
发明内容
本发明所要解决的问题是：目前激光束经过柱面透镜或鲍威尔棱镜时，其形成的线状光束的能量分布具有中间与边缘存在不均匀分布。针对这一问题，采用了柱面镜+改进型的鲍威尔棱镜结构，即利用柱面镜来控制入射到鲍威尔棱镜的光束的入射面积和能量分布，利用鲍威尔棱镜的屋脊夹角来控制线性度发射角，利用所设计的鲍威尔棱镜的屋脊形状为非球面结构来控制输出能量的分布，并通过适当调整柱面镜与改进型鲍威尔棱镜之间的距离对入射到改进型鲍威尔棱镜的入射角和能量分布进行微调，最终形成一能量均匀分布，具有一定张角，长度和宽度符合道路探测，轨道检测等应用需要的线状光束。为此，本发明提供一种线状光束整形光学系统。
为了实现上述目的其技术方案是：一种线状光束整形光学系统，包含一个激光光源，该光源激光波长为近红外激光，激光功率为数百毫瓦～50W，激光波长为808nm、980nm或者1064nm；一套光纤传输系统；一套光束聚焦系统，光束聚焦系统包含透镜组；一套线状光束整形系统，线状光束整形系统包括一个柱面镜，柱面镜焦距f＝30～80mm)一个改进型的鲍威尔棱镜(屋脊面夹角为10-80°)。近红外激光经过一个光纤耦合系统耦合到光纤中(光纤芯径为100～400微米)，经光纤耦合传输后的激光束，经过一套光束聚焦系统(光束聚焦系统组合焦距f’＝80mm-150mm)，激光束变成一汇聚光束，该汇聚光束经过线状光束整形系统，形成一笤帚状光束，光束在横向上，成扇形分布，在纵向上，成聚焦形状；通过适当调整柱面镜与改进型鲍威尔棱镜之间的距离来调整入射到改进型鲍威尔棱镜的入射角和能量分布，最后在笤帚状光束的纵向聚焦点处，形成一能量均匀分布，具有一定张角，长度和宽度符合道路探测，轨道检测等应用需要的线状光束。
所述的透镜组由三个透镜(13)、(14)和(15)构成。
所述的光纤(4)的芯径为200微米。
所述的柱面镜(8)的焦距f＝45mm，改进后的鲍威尔棱镜(9)屋脊面夹角为70°。
所述的鲍威尔棱镜(9)的屋脊面形状为非球面。
本发明特点，优点，效益及应用范围
本发明的特点是，针对目前道路检测光源系统中，激光器与光束整形系统一体化所导致环境温度变换影响激光器工作状态的问题，采用了光纤传输，可以把激光器和光束整形系统分开，激光器可以放置在一定的冷却环境如轨道检测车内，而光束整形系统可以放置在相对恶劣的室外环境中，从而改进了系统运行的稳定性。利用一聚焦系统以及柱面镜+改进型的鲍威尔棱镜组成一线状光束整形系统，该线状光束整形系统可以避免了普通的柱面镜成像和普通鲍威尔棱镜所成线状光束的能量分布的不均匀性。适当调整柱面镜与改进型鲍威尔棱镜之间的距离来调整入射到改进型鲍威尔棱镜的入射角和能量分布，形成一能量均匀分布，具有一定张角，长度和宽度符合道路探测，轨道检测等应用需要的线状光束。
道路探测，轨道测量等对于照明光束有比较高的要求的场合，如能量分布均匀性，线宽一致性，长的线长，窄的线宽等等，采用本发明的现状光束整形系统，可以为道路探测，轨道测量等提供优质的线性光源。本发明可以广泛地用于建筑工程、道路测量和轨道交通监测等领域。
附图说明
图1：一种线状光束整形光学系统结构原理图
图2：聚焦系统透镜组结构图
图3：改进型鲍威尔棱镜输出光斑的纵向传输图
具体实施方式
本发明结合附图1，对其技术方案详细叙述如下：
一种线状光束整形光学系统，包含一个激光光源1，该激光光源1辐射激光2，激光2功率为30W，激光2波长为808nm，激光2经过光纤耦合系统3，耦合到光纤4中，光纤4的芯径为200微米，激光2经过光纤4传输后，形成具有相对均匀能量分布的光束5，光束5入射到光束聚焦系统6，光束聚焦系统6包含透镜13，14和15，以及线状光束整形系统7；线状光束整形系统7包括一个柱面镜8(柱面镜焦距f＝45mm)和一个改进型的鲍威尔棱镜9(屋脊面夹角为70°)。激光束5经过聚焦系统6后，形成一汇聚光束10，该汇聚光束10经过线状光束整形系统7，形成一笤帚状光束11，光束11在横向上，成扇形分布，在纵向上，成聚焦形状；适当调整柱面镜8与改进型鲍威尔棱镜9之间的距离来调整入射到改进型鲍威尔棱镜9的入射角和能量分布，最后在纵向聚焦点处，形成一能量均匀的线状光束12。
Claims (5)
1.一种线状光束整形光学系统，包括激光光源(1)、激光(2)、光纤耦合系统(3)、光纤(4)、聚焦系统(6)和线状光束整形系统(7)，其特征是，所述的聚焦系统(6)由透镜组和线状光束整形系统(7)构成；线状光束整形系统(7)由一个柱面镜(8)和一个改进后的鲍威尔棱镜(9)组成，柱面镜(8)的焦距f＝30～80mm，改进后的鲍威尔棱镜(9)的屋脊面夹角为10～80°，激光光源(1)辐射激光(2)经过光纤耦合系统(3)，耦合到光纤(4)传输后，形成具有能量相对均匀分布的光束(5)，光束(5)入射到光束聚焦系统(6)，激光束(5)经过透镜组后形成汇聚光束(10)，汇聚光束(10)经过线状光束整形系统(7)后，形成一笤帚状光束(11)，光束(11)在横向上成扇形分布、在纵向上成聚焦形状；最后在纵向聚焦点处，形成一束能量均匀分布的线状光束(12)。
2.根据权利要求1所述的一种线状光束整形光学系统，其特征是，所述的透镜组由三个透镜(13)、(14)和(15)构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种线状光束整形光学系统，其特征是，所述的光纤(4)的芯径为200微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种线状光束整形光学系统，其特征是，所述的柱面镜(8)的焦距f＝45mm，改进后的鲍威尔棱镜(9)屋脊面夹角为70°。
5.根据权利要求1或4所述的种线状光束整形光学系统，其特征是，所述的鲍威尔棱镜(9)的屋脊面形状为非球面。
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