CN104199191A - 扩束镜和扩束系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扩束镜，包括沿光路方向设置的透镜组件，透镜组件包括至少两个透镜，其中，扩束镜沿光路方向在第一透镜和第二透镜之间还设置有光阑和透光片，光阑沿光路方向贯穿地设置有通孔，透光片设置在通孔中，第一透镜接收入射光后将聚焦后的出射光输出到第二透镜，透光片设置在出射光的聚焦处。通过将透光片设置在出射光的聚焦处，便能有效避免了扩束镜的前级设备即光隔离器和激光器的损坏。同时由于扩束镜中的光阑和透光片相对廉价，且方便拆卸更换，更换价格相对较低的光阑和透光片后便可继续使用，相对比光隔离器的造价昂贵，本发明的扩束镜维护成本低廉，易于推广。

Description

扩束镜和扩束系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种扩束镜以及安装有该扩束镜的扩束系统。

背景技术

在高功率激光器系统中，为了防止返回光返回系统内影响激光器的稳定运转甚至破坏激光器内部元器件，常需加入光纤隔离器，使光只能单向通过。

另一方面，高功率激光器系统为了获得合适的光斑尺寸和发散角，光隔离器输出端需加入扩束镜。扩束镜主要有两个用途，其一是扩展激光束的光斑直径，其二是调整合适的激光束发散角。因此，扩束镜被用于远距离照明或投影以及聚焦系统上，也被广泛应用于工业、安防、医疗等行业中。

然而，当有强反射光返回时，光隔离器虽然能有效隔离反射光，防止其返回激光器内部，但是当反射光的功率大于光隔离器的损伤阀值时，则由于反射光过强继而造成光隔离器自身的不可逆转性毁坏。而光隔离器造价昂贵，且其毁坏后很难修复，使得高功率激光器系统需要附上高额的修护费用，不利于推广使用。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种维护成本低廉且具有截止反射光功能的扩束镜。

本发明的第二目的是提供一种维护成本低廉且具有截止反射光功能的扩束系统。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种扩束镜，包括沿光路方向设置的透镜组件，透镜组件包括至少两个透镜，其中，扩束镜沿光路方向在第一透镜和第二透镜之间还设置有光阑和透光片，光阑沿光路方向贯穿地设置有通孔，透光片设置在通孔中，第一透镜接收入射光后将聚焦后的出射光输出到第二透镜，透光片设置在出射光的聚焦处。

由上述方案可见，通过在出射光的聚焦处设置透光片和光阑，使得当反射光沿偏离光轴的方式返回，此时的反射光都被耐高温且可吸收光线的光阑吸收，从而可有效地防止反射光返回到光隔离器中，避免光隔离器和激光器的损坏。当反射光沿原光轴的方式返回，此时的大部分反射光将照射在低光伤阈值的透光片上，如反射光的功率与入射光功率之和大于透光片的损伤阀值，则透光片将被损坏，使得从第一透镜出射的出射光无法通过透光片，继而正向和方向的光都无法通过透光片，因而有效避免了扩束镜的前级设备的损坏。同时由于扩束镜中的光阑和透光片相对廉价，且方便拆卸更换，更换价格相对较低的光阑和透光片后便可继续使用，相对比光隔离器的造价昂贵，本发明的扩束镜维护成本低廉，易于推广。

更进一步的方案是，光阑由石墨制作而成。

由上可见，石墨是可耐高温且具有较高吸光性能的材料，且成本低廉，易于更换。

更进一步的方案是，透光片由光学玻璃制作而成。

由上可见，通过采用低光伤阈值的光学玻璃制作而成的透光片，使得在满足正向输出光的同时，能够有效地防止反向输入的反射光的光功率过大，继而通过成本低廉的方式保护光隔离器。

更进一步的方案是，透光片的直径与聚焦处的出射光的光斑直径相匹配。

由上可见，通过透光片的直径的设置，可有效地防止过多的反射光照射到透光片上，使得大部分的反射均照射到具有较高吸光性能的光阑上，继而进一步的保护光隔离器。

更进一步的方案是，扩束镜还包括壳体，透镜组件和光阑封装在壳体内。

由上可见，通过壳体的封装，有利于提高扩束镜的一体化以及其工作的稳定性。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种扩束系统，扩束系统，沿光路设置有激光器、光隔离器和扩束镜，激光器经过光隔离器向扩束镜输出入射光，扩束镜包括沿光路方向设置的透镜组件，透镜组件包括至少两个透镜，其中，扩束镜沿光路方向在第一透镜和第二透镜之间还设置有光阑和透光片，光阑沿光路方向贯穿地设置有通孔，透光片设置在通孔中，第一透镜接收入射光后将聚焦后的出射光输出到第二透镜，透光片设置在出射光的聚焦处。

由上述方案可见，通过在出射光的聚焦处设置透光片和光阑，使得当反射光沿偏离光轴的方式返回，此时的反射光都被耐高温且可吸收光线的光阑吸收，从而可有效地防止反射光返回到光隔离器中，避免光隔离器和激光器的损坏。当反射光沿原光轴的方式返回，此时的大部分反射光将照射在低光伤阈值的透光片上，如反射光的功率与入射光功率之和大于透光片的损伤阀值，则透光片将被损坏，使得从第一透镜出射的出射光无法通过透光片，继而正向和方向的光都无法通过透光片，因而有效避免了光隔离器以及整个激光器的损坏。同时由于扩束镜中的光阑和透光片相对廉价，且方便拆卸更换，更换价格相对较低的光阑和透光片后便可继续使用，相对比光隔离器的造价昂贵，本发明的扩束系统维护成本低廉，易于推广。

更进一步的方案是，入射光的光功率与光隔离器损伤阀值之和大于透光片的损伤阀值。

由上可见，通过采用具有特定损伤阀值的透光片，使得在满足正向输出光的同时，能够有效地防止反向输入的反射光的光功率过大，继而通过成本低廉的方式保护光隔离器。

附图说明

图1是本发明扩束系统实施例的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

扩束镜实施例：

参照图1，图1是扩束系统的结构图。扩束系统内设置有扩束镜3，扩束镜3包括壳体31，壳体31内沿光路方向L封装设置有第一透镜4、光阑6、透光片7和第二透镜5，光阑6和透光片7设置在第一透镜4和第二透镜5之间的位置上。光阑6沿光路方向L贯穿地设置有通孔，透光片7设置在该通孔中。

第一透镜4接收入射光L1后输出聚焦后的出射光L2，出射光L2聚焦地经过第一透镜4的焦点后，出射光L2扩散地朝第二透镜5入射，透光片7设置在出射光L2的聚焦处。

优选地，光阑6可由具有耐高温且具有较高吸光性能的石墨制作而成，透光片7可采用较低光伤阈值的光学玻璃制作而成。透光片7的直径可设置成与聚焦处的出射光L2的光斑直径相匹配，透光片7的直径可设置成大于等于出射光L2的光斑直径，由于透光片7的直径不能设置过大，以免偏离原光路方向L传输的反射光L4照射到透光片7上，所以透光片7的直径设置成稍大于出射光L2的光斑直径即可。

扩束系统实施例：

参照图1，在上述扩束镜3实施例的基础上，扩束系统包括沿光路方向L设置有激光器1、光隔离器2和扩束镜3。激光器1通过光纤向光隔离器2输出激光，该激光经过光隔离器2后向扩束镜3输出入射光L1，入射光L1经过第一透镜4后向第二透镜5输出出射光L2，出射光L2经过第二透镜5后向外出射输出光L3。

当反射光L4沿偏离原光路方向L的方式返回，此时的反射光L4均被耐高温且可吸收光线的光阑6吸收，从而可有效地防止反射光返回到光隔离器2中，避免光隔离器2和激光器1的损坏。

当反射光L5沿光路方向L或靠近光路方向L的方式返回时，此时的大部分反射光L5将照射在低光伤阈值的透光片7上，如反射光L5的功率与第一透镜出射光L2功率之和大于透光片7的损伤阀值，则透光片7将被损坏。透光片7损坏后，使得出射光L2无法通过透光片7，继而正向和反向的光都无法通过透光片7，因而有效避免了扩束镜的前级设备即光隔离器2和激光器1的损坏。优选地，透光片7的光伤阈值P可根据由光隔离器2输出的入射光L1的光功率P1和光隔离器2的损伤阀值P2进行取值，具体地，P1+0.5×P2＜P＜P1+P2。

由上述方案可见，通过将透光片设置在出射光的聚焦处，便能有效避免了扩束镜的前级设备即光隔离器和激光器的损坏。同时由于扩束镜中的光阑和透光片相对廉价，且方便拆卸更换，更换价格相对较低的光阑和透光片后便可继续使用，相对比光隔离器的造价昂贵，本发明的扩束镜维护成本低廉，易于推广。

然而上述实施例只是本发明较佳的实施例，具体应用时可以有更多的变化，当需要对输出光的光斑更进一步地调节时，可以在扩束镜的壳体内增加多个透镜对光进行调节，而只要将透光片设置在扩束镜壳体内任一光束的聚焦处即可实现本发明的目的。

Claims (10)

1. 扩束镜，包括沿光路方向设置的透镜组件，所述透镜组件包括至少两个透镜；

其特征在于：

所述扩束镜沿所述光路方向在第一透镜和第二透镜之间还设置有光阑和透光片，所述光阑沿所述光路方向贯穿地设置有通孔，所述透光片设置在所述通孔中；

第一透镜接收入射光后将聚焦后的出射光输出到第二透镜；

所述透光片设置在所述出射光的聚焦处。

2. 根据权利要求1所述的扩束镜，其特征在于：

所述光阑由石墨制作而成。

3. 根据权利要求1所述的扩束镜，其特征在于：

所述透光片由光学玻璃制作而成。

4. 根据权利要求1所述的扩束镜，其特征在于：

所述透光片的直径与所述聚焦处的所述出射光的光斑直径相匹配。

5. 根据权利要求1至4任一项所述的扩束镜，其特征在于：

所述扩束镜还包括壳体，所述透镜组件和所述光阑封装在所述壳体内。

6. 扩束系统，沿光路设置有激光器、光隔离器和扩束镜，所述激光器经过所述光隔离器向所述扩束镜输出入射光，所述扩束镜包括沿光路方向设置的透镜组件，所述透镜组件包括至少两个透镜；

其特征在于：

所述扩束镜沿所述光路方向在第一透镜和第二透镜之间还设置有光阑和透光片，所述光阑沿所述光路方向贯穿地设置有通孔，所述透光片设置在所述通孔中；

第一透镜接收所述入射光后将聚焦后的出射光输出到第二透镜；

所述透光片设置在所述出射光的聚焦处。

7. 根据权利要求6所述的扩束系统，其特征在于：

所述光阑由石墨制作而成。

8. 根据权利要求6所述的扩束系统，其特征在于：

所述透光片由光学玻璃制作而成。

9. 根据权利要求6所述的扩束系统，其特征在于：

入射光的光功率与所述光隔离器损伤阀值之和大于所述透光片的损伤阀值。

10. 根据权利要求6至9任一项所述的扩束系统，其特征在于：

所述扩束镜还包括壳体，所述透镜组件和所述光阑封装在所述壳体内。