CN102830492A - 一种提高光束占空比的锥型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高光束占空比的锥形装置，涉及激光合成技术领域。该装置整体呈锥形，由一个金属材质的正六棱柱型为支撑柱和围绕其周围的正六棱柱型反射镜组成。每个六棱柱型反射镜由石英材质的正六棱柱加工而成，在石英材质的正六棱柱的一端以与轴向成45°切割并镀膜，根据反射镜的长度以及切割端面的不同，反射镜分为各种规格，每种规格只有6个反射镜。激光束以45°的入射角入射到反射镜，其反射光束将沿光锥轴向平行输出，可以获得高占空比的平行激光束。本装置结构简单，使用过程中便于调节，具有很高的实用性。

Description

一种提高光束占空比的锥型装置

技术领域

本发明专利提出了一种能够提高激光束占空比的新型装置，可广泛用于激光的相干合成、非相干合成以及其他激光束合成。

背景技术

随着激光技术的广泛应用，诸多领域对激光输出功率的要求越来越高，而单路激光束的输出功率受到各方面的影响很难继续提高，多束激光进行相干或非相干合成，成为提高激光输出功率行之有效的方法。在激光光束合成中，光束的占空比（即各激光束尺寸之和与占整个输出口径的比值）对合成光束的输出功率影响很大。减小各激光束之间的间距，使用高占空比的平行激光束进行激光合成，可以有效提高合成激光束的输出功率。在激光合成领域，获得高占空比激光束的技术成为一项重要的研究内容。

2011年人民解放军国防科技大学申请了一份名为《高占空比类卡塞格林型光束合成装置》的专利，其专利申请公布号为CN 102213833 A，该专利提出了一种提高光束占空比的激光束合成装置，该装置的二维平面图如附图9所示.该装置涉及的技术要点在于：光束合成装置由两种型号反射镜组成，集成的反射镜A1和分立的反射镜A2，两种反射镜空间组成了卡塞格林光束变换系统。其中，各反射镜均为平面镜，且反射镜A2的镜面处在抛物面y²+z²=-2p’[x-(p’-p)/2]上，其中p’=6，但反射镜之间处于分立状态，反射镜A1的镜面处在抛物面y²+z²=-2px上，其中p=2，互相粘接成为一个完成体。根据附图9所示，激光束由左方水平射入，首先经过分立的反射镜A2反射，投向集成的反射镜A1，经过A1的反射，各激光束都将水平向右射出。如此，占空比很低的入射激光束经过此装置后，出射激光束具有很高的占空比。理论分析可知，该装置可以较好的提高激光束占空比，但在技术实施上仍存在一些的不足和缺陷：①两套反射镜要严格在两个抛物面的相应位置上，如果反射镜A2的镜面有稍微的偏向，激光将无法到达预定的反射镜A1，最终输出的激光束将不是水平激光束；如果反射镜A1粘接的角度有偏差，也将使输出激光束偏向，无法达到预想的目标。②该装置中需要两套反射镜，在实际使用过程中无疑会增加成本。

”本发明的目的是为了制作出提高光束占空比的光束合成装置，该装置既能实现光束合成的功能，又能提高光束的占空比，而且在使用过程中便于调节。该装置外形呈锥型，称之为“提高光束占空比的锥型装置”，简称为“光锥装置”。

该光锥装置是一个支撑柱和多个正六棱柱型反射镜组合而成。支撑柱为金属材质的正六棱柱，位于整个光锥装置的中心位置,反射镜是采用石英材质加工成正六棱柱,它的一端切割成具有45度的斜面,称为“正六棱柱型反射镜”,根据正六棱柱型反射镜柱，柱的尺寸长度不同分为各种规格，每种规格只有六根，支撑柱的端面正六边形和正六棱柱型反射镜端面的正六边形边长相等。

以支撑柱为中心，根据正六棱柱型反射镜柱的长度不同，由长到短、由里向外，依次以同底为基准粘贴到支撑柱的棱面上，反射镜的镜面背向支撑柱向外，则每一种规格的反射镜粘贴完后，就形成一个反射镜环，根据使用的需要，可以粘接到所需的环数，最终形成一个呈锥形结构的装置，即本发明的“光锥装置”见图6。

整个光锥装置正立放置时，来自各个方向上的水平激光以45度角入射到正六棱柱型反射镜面上，反射光将沿与光锥轴向平行的方向输出。此时，输出的激光束具有很高的占空比。

本发明的光锥装置能够提高光束的占空比，同时结构简单，制造成本低,便于组装使用，实用性强。

附图说明

图 1支撑住和三种规格的六棱柱型反射镜B1型（a）、B2型（b）、B3型（c）

图 2 B1、B3型反射镜的俯视图（a）、左视图（b）和前视图（c）

图 3 B2型反射镜的俯视图（a）、左视图（b）和前视图（c）

图 4 B1型反射镜粘接示意图

图 5 B2型反射镜粘接示意图

图 6 B3型反射镜粘接示意图

图 7 具有三环反射镜的光锥装置俯视图

图 8 光锥装置的光路示意图

图 9 已有提高光束占空比的装置示意图

发明实施方式

结合附图，通过实施实例进一步说明本发明。

本实例列举的是一个具有三环反射镜组成的光锥装置，如图6所示。该实例的光锥装置由1个支撑柱O、6个B1型反射镜、6个B2型反射镜和6个B3型反射镜组成。支撑柱O为金属材质正六棱柱，反射镜柱的端面具有45度斜面的石英材质的正六棱柱，支撑柱的端面正六边形和反射镜的正六棱柱的端面正六边形的边长相等。

其中，反射镜的加工过程如下：反射镜的加工首先需要确定反射镜柱的长度并保证反射镜的正六棱柱的端面正六边形边长和支撑柱端面的正六边形边长相等，然后在石英材质正六棱柱的一端以45度切割。B1型反射镜柱的长度确定为L1，切割端面与正六棱轴向呈45度夹角，以六棱柱端面的对边作为基准切割45度钭面见图2。B2型反射镜柱的长度确定为L2，切割端面与正六棱柱呈45度夹角，以六棱柱端面的一条对角线作为基准切割45度钭面见图3。B3型反射镜柱和B1型反射镜桂只是长度上的差别，其他加工同B1型，确定B3型反射镜柱的长度为L3。三种规格的反射镜柱切割完成后，在切割端面上蒸镀高反射膜，此面为反射镜面，即完成反射镜的加工。

附图4所示为B1型反射镜柱组成的光锥装置的第一环的形成，取1个B1型反射镜柱，反射镜柱的镜面背向支撑柱向外,以底面为基准，反射镜柱的一个棱面对应支撑柱的一个棱面粘接，其他5 B1型反射镜柱以同样的方式粘接到支撑柱的5个棱面上，形成第一反射镜环，即获得具有6个反射镜的光锥装置。

附图5所示为B2型反射镜柱组成的光锥装置的第二环的形成，取1个B2型反射镜柱，反射镜柱的镜面背向支撑柱向外，反射镜柱的最长的棱线对应第一环反射镜柱两个棱面的交线，此处B2的两棱面以同底面为基准粘接到第一环反射镜柱的两棱面上，其他5个 B2型反射镜柱以同样的方式粘接到第一环反射镜棱面上，形成第二反射镜环，即获得具有12个反射镜的光锥装置。

附图6所示为B3型反射镜柱组成的光锥装置的第三环的形成，取1个B3型反射镜柱，反射镜柱的镜面背向支撑柱向外，以同底面为基准，B3型反射镜柱的三个棱面分别粘接到对应第一环反射镜柱的一个棱面和第二环反射镜柱的两个棱面上，其他5个 B3型反射镜柱，以同样的方式粘接到第一环、第二环反射镜柱的棱面上，形成第三反射镜环，即获得了18个反射镜的光锥装置。即完成具有三环反射镜组成的光锥装置的制作

附图7所示为图6光锥拼接完成后的俯视图，其中0为正六棱柱型支撑柱；1.1~1.6为B1型反射镜柱组成的第一反射镜环；2.1~2.6为B2反射镜柱组成的第二反射镜环；3.1~3.6为B3反射镜桂组成的第三反射镜环。

附图8所示为具有三环共18个反射镜的光锥装置的光路示意图，激光以45度入射角入射到本发明装置的反射镜面上，反射光将沿光锥轴向输出，如果光锥装置正立放置，来自水平方向的激光束，以45度入射角入射到18个反射镜面上，反射光将向上平行射出。由于光锥结构紧凑，输出的激光束具有很高的占空比。

Claims (3)

1.一种提高光束占空比的锥型装置(光锥装置)，其特征在于：该装置由一个金属材质的正六棱柱为中心的支撑柱和由六个以上石英材质端面具有45度斜面的正六棱柱为反射镜的柱体组合，反射镜柱按柱的长度不同分为各种规格，每种规格只有六根反射镜柱体，以支撑柱为中心，同一底面为基准，首先将规格中最长的六根反射镜柱粘接在支撑柱的六个棱面上，形成由六个反射镜柱组成的反射镜环，反射镜的端面都与支撑柱的轴向成45度，第一环粘接完成后，以同样的原则，反射镜柱的规格由长到短、由里向外粘接第二反射镜环，以此类推，粘接到所需的环数形成锥体式的光装置，称为“光锥装置”；该光锥装置接收不同方向射来的光束，每束光对应一个反射镜柱，光束的中心位置调整在反射镜的中心，光束的方向与反射镜的镜面成45度,入射光经过反射镜后，反射光束将沿光锥轴向输出。

2.根据权利要求1所述的一种提高光束占空比的锥型装置，其特征在于：该装置由一个金属材质的正六棱柱为中心的支撑柱和三种规格的石英材质端面具有45度斜面的正棱柱为反射镜柱构成，第一种规格B1正六棱柱反射镜，长度为L1，六个B1型反射镜各个B1的一个棱面分别与支撑柱的一个棱面粘接，组成第一反射镜环（1.1~1.6），第二种规格B2的正六棱柱反射镜，长度为L2，六个B2型反射镜各个B2的两个棱面分别粘接到B1型反射镜的两个棱面上，组成第二反射镜环（2.1~2.6），第三种规格B3型正棱柱性反射镜，长度为B3，六个B3型反射镜各个B3的三个棱面分别粘接到第一环反射镜的一个棱面和第二环反射镜的两个棱面上，组成第三反射镜环（3.1~3.6）,构成具有三个反射镜环的光锥装置，三环共18个反射镜，每个反射镜的端面与支撑柱的轴向成45度，当激光束入射到该装置反射镜面上，其反射光束沿光锥轴向输出，占空比得到提高。

3.根据权利要求1、或权利要求2其中的一项所述的一种提高光束占空比的锥型装置，其特征在于：每个正六棱柱反射镜端面45度斜面上镀有高反射膜。

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