CN103149691A - 双谱段柱面镜激光扩束系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学领域，涉及一种双谱段柱面镜激光扩束系统，包括第一正透镜以及第二正透镜，双谱段柱面镜激光扩束系统还包括第一柱面镜以及第二柱面镜；第一正透镜、第一柱面镜、第二柱面镜以及第二正透镜依次设置在同一光轴上。本发明提供了一种提高激光器的能量利用率，可将传统的光束在子午和弧矢以不同放大比同时扩束，提高精准度的一种双谱段柱面镜激光扩束系统。

Description

双谱段柱面镜激光扩束系统
技术领域
本发明属于光学领域，涉及一种激光扩束系统，尤其涉及一种双谱段柱面镜激光扩束系统。
背景技术
近年来，随着高功率激光技术的发展，对激光整形技术的要求越来越高，尤其是多谱段激光整形技术的要求也就越来越多，如激光扩束系统要求准直精度高、多谱段准直、整形后出射光像质优良（无像差）、能量损失率低等要求。
目前，在各种激光设备的研制中，常见的激光扩束系统要么就是利用传统的扩束系统设计方法，采用两种普通透镜组合进行准直扩束，这样的话虽然加工装调易实现，然而对于指定规格形状尺寸的激光光斑就显得很不合适（必须采用视场光阑来实现），损失能量；要么就是对于激光单色光扩束，无法实现多谱段光束的准直扩束。另外，在不同光斑尺寸变化的扩束系统中，为了实现子午和弧矢两个方向产生不同的放大率，需要研究一种新型激光光斑扩束系统来解决双向放大倍率匹配的问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明结合传统的激光准直扩束原理提出了一种可在双谱段以及不同放大比的高精度双谱段柱面镜激光扩束系统，该系统能够有效的实现双光谱的激光快、慢轴扩束，达到指定要求的激光扩束口径。
本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种双谱段柱面镜激光扩束系统，包括第一正透镜以及第二正透镜，其特殊之处在于：所述双谱段柱面镜激光扩束系统还包括第一柱面镜以及第二柱面镜；所述第一正透镜、第一柱面镜、第二柱面镜以及第二正透镜依次设置在同一光轴上。
上述第一柱面镜以及第二柱面镜均是平凸型柱面镜。
上述第一柱面镜的焦距小于第二柱面镜的焦距。
上述第一正透镜与第一柱面镜之间的间距小于第二柱面镜与第二正透镜之间的间距。
上述第一正透镜和第一柱面镜所形成的光学系统与第二柱面镜和第二正透镜所形成的光学系统是共焦面的。
上述第一正透镜和第一柱面镜所形成的光学系统的焦距小于第二柱面镜和第二正透镜所形成的光学系统的焦距。
上述第一正透镜与第二正透镜是具有固定缩束比的。
上述第一正透镜以及第二正透镜均是采用CaF2材料所形成。
上述第一柱面镜以及第二柱面镜均是采用石英材料所形成。
本发明的优点是：
本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统是一种双谱段（532nm和1064nm）、子午和弧矢不同放大倍率的激光扩束系统，该系统主要用于各类激光扩束装置的研制，尤其是在线激光器光斑扩束成面激光的应用，保证了激光器经扩束系统扩束后无像差整形、不损失能量的目的。具体而言，本发明具有以下有益效果：
1）本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统，首次利用柱面镜定倍率设计法，突破了以往传统的普通对称式透镜原理（通过在扩束系统出瞳设置固定视场光阑来改变出射光口径），可直接在扩束系统出瞳得到目标尺寸口径的光束，大大提高了激光器的能量利用率；
2）本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统，利用柱面镜单向扩束原理，结合经典的开普勒望远系统装置，提出了一种柱面镜法双向不同放大倍率的扩束系统，可将传统的光束在子午和弧矢以不同放大比同时扩束；
3）本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统，为了消除不同谱段色差的影响，首次采用不同材料的透镜组合来校正色差的影响，从而可消除不同谱段色差产生的准直精度误差及波前误差；
4）本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统，利用现有激光器的规格和尺寸设计了一种特制的扩束系统，也可将此技术扩展应用于其他激光器扩束装置，甚至应用于其他复色光扩束系统中。
基于本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统，可将双谱段（532nm和1064nm），激光器出射光口径为5mm×1mm，扩束成30mm×30mm的光斑，出射光准直精度优于5″，出射光波前优于λ/5。传统的激光扩束系统采用两块相同材料的柱面镜或者球面镜共轴安装可以起到扩束作用，然而本发明采用的是两种不同材料、不同规格透镜组合，最终实现出射光束在子午、弧矢两个方向不同放大比的目的。
附图说明
图1是本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统的光路原理示意图；
其中：
1-第一正透镜；2-第一柱面镜；3-第二柱面镜；4-第二正透镜。
具体实施方式
本发明提供了一种双谱段柱面镜激光扩束系统，包括第一正透镜1以及第二正透镜4，除此之外，本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统还包括第一柱面镜2以及第二柱面镜3；第一正透镜1、第一柱面镜2、第二柱面镜3以及第二正透镜4依次设置在同一光轴上。
第一柱面镜2以及第二柱面镜3均是平凸型柱面镜。第一柱面镜2的焦距小于第二柱面镜3的焦距。第一正透镜1与第一柱面镜2之间的间距小于第二柱面镜3与第二正透镜4之间的间距。第一正透镜1和第一柱面镜2所形成的光学系统与第二柱面镜3和第二正透镜4所形成的光学系统是共焦面的。第一正透镜1和第一柱面镜2所形成的光学系统的焦距小于第二柱面镜3和第二正透镜4所形成的光学系统的焦距。第一正透镜1与第二正透镜4是具有固定缩束比的。
第一正透镜1以及第二正透镜4均是采用CaF2材料所形成。第一柱面镜2以及第二柱面镜3均是采用石英材料所形成。
如图1所示，本发明所提供的双谱段柱面镜激光扩束系统包括第一正透镜1、第一柱面镜2、第二正透镜4、第二柱面镜3组成。工作原理是：选用固定缩束比的第一正透镜1与第二正透镜4组合成开普勒望远型结构，利用这种结构可完成入射光束与出射光束达到指定放大比的要求。然而为了实现出射光束在子午与弧矢方向满足不同放大比的要求，这里采用柱面镜代替传统的普通透镜来实现不同放大比的要求；具体实施是将第一柱面镜2设计成焦距为10mm平凸型柱面镜，将第二柱面镜3设计成焦距为50mm的平凸型柱面镜，分别将其设置在光学系统的中间部分，用以完成初始慢轴方向扩束比的实现。另外，为了达到出射光束满足指标设计的要求，在第一柱面镜2与第二柱面镜3前端分别设置第一正透镜1与第二正透镜4，可实现二次放大的目的。同时第一正透镜1与第二正透镜4分别采用CaF2材料，与柱面镜石英材料组合可实现消色差的目的。这样可消除不同光谱在同一扩束系统中，由于色差原因产生的离焦而造成的准直精度低的影响。
激光扩束系统中，第一正透镜1与第一柱面镜2构成组合目镜，间距为5mm；第二正透镜4与第二柱面镜3组成组合物镜，间距为8mm，组合目镜与组合物镜共焦面。组合物镜的焦距是组合目镜焦距的六倍，可满足设计扩束比的要求。在组合目镜与组合物镜中采用柱面镜，可实现慢轴方向光斑光束的扩束。
基于本发明的原理所形成的激光扩束系统将双谱段（532nm和1064nm），激光器出射光口径为5mm×1mm，扩束成30mm×30mm的光斑，出射光准直精度优于5″，出射光波前优于λ/5。传统的激光扩束系统采用两块相同材料的柱面镜或者球面镜共轴安装可以起到扩束作用，然而本发明采用的是两种不同材料、不同规格透镜组合，最终实现出射光束在子午、弧矢两个方向不同放大比的目的。

Claims (9)

1.一种双谱段柱面镜激光扩束系统，包括第一正透镜以及第二正透镜，其特征在于：所述双谱段柱面镜激光扩束系统还包括第一柱面镜以及第二柱面镜；所述第一正透镜、第一柱面镜、第二柱面镜以及第二正透镜依次设置在同一光轴上。
2.根据权利要求1所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一柱面镜以及第二柱面镜均是平凸型柱面镜。
3.根据权利要求2所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一柱面镜的焦距小于第二柱面镜的焦距。
4.根据权利要求1或2或3所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一正透镜与第一柱面镜之间的间距小于第二柱面镜与第二正透镜之间的间距。
5.根据权利要求4所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一正透镜和第一柱面镜所形成的光学系统与第二柱面镜和第二正透镜所形成的光学系统是共焦面的。
6.根据权利要求5所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一正透镜和第一柱面镜所形成的光学系统的焦距小于第二柱面镜和第二正透镜所形成的光学系统的焦距。
7.根据权利要求1所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一正透镜与第二正透镜是具有固定缩束比的。
8.根据权利要求7所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一正透镜以及第二正透镜均是采用CaF2材料所形成。
9.根据权利要求7所述的双谱段柱面镜激光扩束系统，其特征在于：所述第一柱面镜以及第二柱面镜均是采用石英材料所形成。
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