CN104133290A - 光学衰减器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种光学衰减器，该光学衰减器包括超环面反射镜，光阑；超环面反射镜位于待衰减的光束路径上，用于对所述光束进行聚焦，光阑位于所述光束经超环面反射镜反射后的光路上，用于对所述光束进行衰减。本发明为了解决现有光学衰减器在宽波段范围应用的色差等问题，提出了一种结构简单，可连续调节衰减量，可完全校正色差的反射式光学衰减器。

Description

光学衰减器
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件，尤其涉及一种连续可调的光学衰减器。 
背景技术
光学衰减器分为固定光衰减器和可变光衰减器，现有的可变光衰减器一般是采用透射式光学系统，使光通过部分透光的滤光片或衰减片来阻挡部分光信号。也有一部分反射式光学衰减器，其中包含的反射元件也只是平面镜或有反射作用的棱镜，属于衰减元件。 
如图1所示，为采用透射式光学系统的衰减器，其中，由光源S发出的光经透镜L1后形成平行光束，再经光阑A衰减后由透镜L2会聚，最后由接收系统R接收。该系统的缺点是不能完全校正色差等多种光学系统像差，因此无法满足宽光谱光束在全波段上的等效衰减效果。例如，对于紫外波段和近红外波段无法同时实现较好的衰减效果,缩小了光学衰减器的可工作波长宽度，限制了它的应用范围。 
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种结构简单，可连续调节衰减量，可完全校正色差的反射式光衰减器。 
本发明提供的光学衰减器，包括超环面反射镜，光阑，入射光经所述超环面反射镜反射后形成会聚光束，并入射至所述光阑，经所述光阑衰减后被接收系统接收，其中，所述超环面反射镜位于所述入射光的光束路径上，用于对所述入射光进行反射并聚焦，所述光阑位于所述会聚光束的光束路径上，用于对所述会聚光束进行衰减。 
此外，本发明提供的光学衰减器，所述光阑为连续可变光阑。 
此外，本发明提供的光学衰减器，还包括底座，所述超环面反射镜和所述光阑固定在所述底座上。 
此外，本发明提供的光学衰减器，还包括入射光纤，所述入射光通过所述入射光纤射出。 
此外，本发明提供的光学衰减器，还包括接收光纤，所述接收系统通过所述接收光纤接收光束。 
本发明的有益效果如下： 
增加了可变光学衰减器的波长范围，反射镀膜可以使其在紫外(或深紫外)以及近红外波段能够很好的响应，实现宽波段衰减的应用；例如，铝薄膜反射镜可实现真空紫外至红外的高反射率光谱范围(145nm-5000μm)。 
附图说明
图1为现有技术中采用透射式光学系统的衰减器； 
图2为本发明提供的光学衰减器的示意图； 
图3为本发明提供的光学衰减器的工作原理图； 
图4a-图4d为入射光和光源接收系统位于超环面反射镜的光轴上时，光学模拟得到的光路结构图以及光斑成像图。 
图5a-图5d为入射光和光源接收系统分别位于超环面反射镜的两个焦点上时，光学模拟得到的光路结构图以及光斑成像图。 
图6a-图6c为本发明提供的光学衰减器所使用的可变光阑示意图，其中，从图6a到6c，光阑孔径依次减小。 
图7为为本发明提供的光学衰减器所使用的另一种可变光阑的示意图； 
图8为本发明提供的光学衰减器的具体实施例的示意图。 
图9为本发明提供的超环面反射镜结构图。 
具体实施方式
如图2所示，为本发明的光学衰减器的具体实施方式。本发明的光学衰减器包括超环面反射镜1，光阑2。其中3为待衰减的光源，4为后续的光束接收系统。如图3所示，为本发明的光学衰减器的工作原理图。光源3发出的入射光，入射到超环面反射镜1上后，被超环面反射镜1反射后形成会聚光束，光阑2位于该会聚光束的光束路径上，对该会聚光束进行衰减，通过光阑2可控制输出的光通量，通过光阑2的光束即为被衰减后的光束，该光束由后续的光束接收系统4接收。 
其中，为了达到较高的成像质量，光源3发出的入射光可以位于超环面反射镜1的光轴上，此外，光束接收系统4也可以位于超环面反射镜1的光轴上。此时，通过调节入射光与超环面反射镜1的位置关系可实现光源与光束接收系统处光斑大小的缩放。如图4a-图4d所示，为通过光学模拟得到的光斑成像图，其中，图4a是光学系统的结构图，图4b为光源处的光斑，其直径为1mm，图4c为接收系统处的光斑成像，其中标尺为3mm，图4d为光阑处的光束分布，其中标尺为10mm。由图4a-图4d可见，光源处、接受处和光阑处光束和成像质 量都可以满足衰减器的应用。 
此外，光源3发出的入射光位于超环面反射镜的焦点处时，可以得到更好的成像质量。此外，光束接收系统4也可以位于超环面反射镜1的焦点处。如图5a-图5d所示，可实现光源与光束接收系统处光斑大小的1:1对应关系。其中，图5a是光学系统的结构图，图5b为光源处的光斑，其直径为1mm，图5c为接收系统处的光斑成像，其中标尺为1mm，图5d为光阑处的光束分布，其中为标尺10mm。由图5a-图5d可见，光源处、接受处和光阑处光束和成像质量都可以满足衰减器的应用。 
此外，本发明的光学衰减器还可以包括入射光纤，用于传输入射光束，该入射光纤位于超环面反射镜1的光轴上；本发明的光学衰减器还可以包括接收光纤，光束接收系统4通过该接收光纤接收衰减后的光束，该接收光纤位于超环面反射镜的光轴上。 
此外，本发明的光学衰减器还可以包括入射光纤，用于传输入射光束，该入射光纤位于超环面反射镜1的其中一个焦点处；本发明的光学衰减器还可以包括接收光纤，光束接收系统4通过该接收光纤接收衰减后的光束，该接收光纤位于超环面反射镜1的另一个焦点处。 
入射光纤和接收光纤可以为连续变化介质光纤，芯径通常为100-1000μm，数值孔径0.22。 
本发明的光学衰减器采用反射式镜面，增加可变光学衰减器的波长范围，使其在紫外(或深紫外)以及近红外波段能够很好的响应(145nm-5000μm)，实现在宽波段衰减的应用；避免了透射式光学衰减器在宽波段应用时因透镜带来的色差问题，同时，超环面反射镜面的应用，还可以校正系统的像差，使其达到了很好的效果。 
作为本发明的一种实施方式，本实施例的光学衰减器的光阑可以采用连续可变光阑。如图6所示为连续可变光阑的一种，从图6a到6c，光阑孔径依次减小，光的衰减量依次增加。该光阑通过调节通光孔径的大小，来控制光的衰减量。从而，本实施例的反射式光学衰减器能够控制光的衰减量，提供准确的输出光通量。另外，此种光阑同时限制了光束的数值孔径。 
另一种可变光阑如图7，易于实现完全衰减效果。 
如图8所示，本发明的光学衰减器还可以包括底座5，其中，超环面反射镜1和光阑2设置在底座上。此外，底座5上还可以在进光和出光方向设置挡板6，挡板上设置进光孔7和出光孔8，来自光源的光经过进光孔7后，入射到超环面反射镜1上，由超环面反射镜1反射的光经过光阑2后，由出光孔8射出。 
超环面反射镜(Toroidal mirror或者Toroidal Reflector)属于非球面镜(如图9)，该曲面在两个正交轴方向分别拥有不同的曲率(Rv，Rh)，这些曲率经过旋转形成超环形曲面。超环面反射镜优化了球面镜的像差，可构成小光斑点对点的成像，在焦点上形成1：1的成像。超环面反射镜的光轴根据曲率的不同而改变，以Rv＝91mm,Rh＝68.8mm的超环面反射镜为例，其光轴为Rh平面内，以30度入射角入射至Rv,Rh交汇点(O点)的光线路径，本文所述实施方式采用此参数的超环面反射镜面。 
此外，本发明的光学衰减器还可以与电动平移台连接，通过电动平移台来实现本发明的光学衰减器在光路中的移动，以实现超环面反射镜的光学对焦。 
本发明的光学衰减器，不仅能够对光束的像差进行校正，同时还可以应用在宽波段范围内，精确控制光衰减量，提高了反射式光学衰减器的系统精度，使其能够与高精密试验，敏感元器件进行优质的配合。 
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种光学衰减器，包括超环面反射镜，光阑，其特征在于，入射光经所述超环面反射镜反射后形成会聚光束，并入射至所述光阑，经所述光阑衰减后被接收系统接收，其中，
所述超环面反射镜位于所述入射光的光束路径上，用于对所述入射光进行反射并聚焦，
所述光阑位于所述会聚光束的光束路径上，用于对所述会聚光束进行衰减。
2.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，所述光阑为连续可变光阑。
3.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，还包括底座，所述超环面反射镜和所述光阑固定在所述底座上。
4.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，所述入射光位于所述超环面反射镜的光轴上。
5.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，所述接收系统位于所述超环面反射镜的光轴上。
6.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，所述入射光位于所述超环面反射镜的焦点处。
7.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，所述接收系统位于所述超环面反射镜的焦点处。
8.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，还包括入射光纤，所述入射光通过所述入射光纤射出。
9.根据权利要求1所述的光学衰减器，其特征在于，还包括接收光纤，所述接收系统通过所述接收光纤接收光束。
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