CN104227232A - 空间多角度传输光束的产生方法和分束装置 - Google Patents
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Abstract
一种空间多角度传输光束的产生方法和分束装置。该分束装置由两片消偏分光平片、两块沃拉斯顿棱镜、两个延迟结构和一组双透镜会聚系统组成。多角度传输光束的产生方法是通过分光平片分束后的偏振状态相互垂直的双脉冲经过延迟线后入射到沃拉斯顿棱镜，经过沃拉斯顿棱镜偏转角度后出射产生四个方向发散出射的脉冲，再通过分光平片合束和双透镜结构产生四个方向会聚的脉冲。该套装置可以将两个入射共线传输的偏振状态相互垂直的线偏振或者圆偏振光产生多个方向传输光束，该装置不仅适用范围广（能够使用于连续光和脉冲光系统），而且具有能量利用率高、结构紧凑、调节简易的优点。
Description
技术领域
本发明属于激光加工及其应用技术领域，主要解决空间多角度传输光束的产生的问题。
背景技术
20世纪60年代激光问世不久即开始用于小型、精密零件的加工。近年来，激光加工技术进一步发展，一些并行加工等场合，对激光的路数、能量等提出了较高的要求。而在激光的空间角度分布和多路并行上，虽然有一些相对成熟的方法，但是，控制仍然比较复杂，不易进行调节。
发明内容
本发明的目的是解决现有方法的激光光束空间角度少、能量利用率低、调节机构复杂等问题，依据激光并行加工的要求，提供一种空间多角度传输光束的产生方法及分束装置，该装置可以将两个偏振状态呈45°的连续激光或者脉冲激光，调节成四路具有任意角度出射的激光，且能量利用率高、调节简易。
首先，本发明提供了一种全息记录角分复用系统中参考光空间多角度传输光束的产生方法，该方法的具体步骤如下：
第1、将两个偏振状态相互垂直的连续激光或者脉冲激光入射到消偏分光平片（BS1）进行分束；
第2、在第一消偏分光平片（BS1）上反射的光束入射到第一延迟线结构（DL1）和竖直放置的沃拉斯顿棱镜，然后再入射到第二消偏分光平片（BS2）上并透射；
第3、在第一消偏分光平片（BS1）上透射的光束入射到第二延迟线结构（DL2）和水平放置的沃拉斯顿棱镜，然后入射到第二消偏分光平片（BS2）上并反射；
通过第2步和第3步在第二消偏分光平片（BS2）的一侧产生了4方向的传输光路；
第4、采用4f系统对第3步产生的4方向的传输光路进行合束，实现了多方向的参考光能在同一成像靶面上进行成像或者加工的目的。
其次，本发明提供了一种实现以上所述方法的双沃拉斯顿棱镜多角度参考光分束装置，该装置包括：
两组延迟线；两片消偏分光平片；一组双透镜会聚系统；其中，
第一消偏分光平片（BS1），用于将偏振状态相互垂直的超短激光双脉冲分束为两个方向出射的脉冲；
第一延迟线结构，位于第一消偏分光平片（BS1）的反射光路上，用于调节反射光路的光程，以便于调节两对双脉冲的脉冲间隔；
竖直放置的沃拉斯顿棱镜，位于第一延迟线结构的出射光路上，用于将两个光轴方向相互垂直的脉冲在竖直方向上分开一定的角度；
第二延迟线结构，位于第一消偏分光平片（BS1）的透射光路上，用于调节透射光路的光程，以便于调节两对双脉冲的脉冲间隔；
水平放置的沃拉斯顿棱镜，位于第二延迟线结构的出射光路上，用于将两个光轴方向相互垂直的脉冲在水平方向上分开一定的角度；
第二消偏分光平片（BS2），位于两块沃拉斯顿棱镜出射光的交汇处，用于四路光的合束；
由第一透镜和第二透镜构成的4f系统，用于将四路发散的光线会聚。
其中所述的沃拉斯顿棱镜的表面上均镀有增透膜。
其中，图1结构4具有高度微位移调节机构，因此可以在极高精度下调节光程；
透镜系统能对分束后的光束起到会聚作用，使之对任意的位置进行成像或者加工。
现对任意角度的调节做如下解释：
设沃拉斯顿棱镜出射的双光束夹角为α，所需汇聚激光夹角为β，则α和β之间满足如下公式，
其中，f 1 和f 2 分别为第一透镜L1和第二透镜L2的焦距。
从式中可以看出，出射激光夹角与沃拉斯顿棱镜出射的双光束夹角和4f系统中的两个透镜的焦距有关。沃拉斯顿棱镜出射双光束的夹角的可调范围很大，4f系统中可选的透镜组的焦距也有很多种组合，因此，本套系统有着大范围的调节空间和简便的调节步骤。从而可以运用在激光技工或者激光记录等各种场合。
本发明的优点和积极效果：
在空间多角度传输光束的产生上，我们开创性地采用了沃拉斯顿棱镜的脉冲异角度产生方法，使得原先技术中复杂的系统变得紧凑，因此，稳定性得到了进一步地提高，调节步骤也进一步地简化。
本发明对于空间多角度传输激光分束方法的设计达到了一个新的高度，不仅结构紧凑，调节简易，而且具有原先技术无法达到的稳定性和调节范围的要求。
附图说明
图1空间多角度传输光束的产生方法光路结构示意图。
图中，1. 第一消偏分光平片（BS1），2. 第一延迟线结构（DL1），由两个反射镜组成（不可调），3. 竖直放置的沃拉斯顿棱镜，4. 第二延迟线结构（DL2），由两个反射镜组成（可调）；5. 水平放置沃拉斯顿棱镜；6. 第二消偏分光平片（BS2）；7. 第一透镜（L1）；8. 第二透镜（L2），L1和L2构成一个4f系统。
图2 沃拉斯顿棱镜分束原理图。
具体实施方式
本发明依据的原理说明如下：
沃拉斯顿棱镜采用的是双折射晶体，但是由于其构成的两块楔形晶体的光轴方向相互垂直，因此，当光线正入射时，两个偏振态的脉冲将会在构成沃拉斯顿棱镜的第二块楔形晶体上分开向两个方向传播，这也是空间角度调节可以采用沃拉斯顿棱镜的基本原理，当两块沃拉斯顿棱镜光轴相互垂直放置时，一块产生水平方向夹角的两束光，一块产生竖直方向夹角的两束光，以此，我们可以产生四方向的激光束，以实现空间多角度调节的作用。之后，又搭配一个4f系统，使分束以后发散的光束得以会聚，又可以避免波面的畸变，因此，本装置的适用范围广泛。
实施例1、空间多角度传输光束的产生方法
第1、将两个偏振状态相互垂直的连续激光或者脉冲激光入射到消偏分光平片（BS1）进行分束；
第2、在消偏分光平片（BS1）上反射的光束入射到延迟线结构（DL1）和竖直放置的沃拉斯顿棱镜，然后入射到消偏分光平片（BS2）上并透射；
第3、在消偏分光平片（BS1）上透射的光束入射到延迟线结构（DL2）和水平放置的沃拉斯顿棱镜，然后入射到消偏分光平片（BS2）上并反射；
通过第2步和第3步在消偏分光平片（BS2）的一侧产生了4方向的传输光路；
第4、采用4f系统对第3步产生的4方向的传输光路进行合束，实现了多方向的参考光能在同一成像靶面上进行成像或者加工的目的。
实施例2、产生装置
包括：
两组延迟线；两片消偏分光平片；一组双透镜会聚系统；其中，
第一消偏分光平片（BS1）1，用于将偏振状态相互垂直的超短激光双脉冲分束为两个方向出射的脉冲；
第一延迟线结构（DL1）2，位于第一消偏分光平片（BS1）的反射光路上，用于调节反射光路的光程，以便于调节两对双脉冲的脉冲间隔；
竖直放置的沃拉斯顿棱镜3，位于第一延迟线结构的出射光路上，用于将两个光轴方向相互垂直的脉冲在竖直方向上分开一定的角度；
第二延迟线结构（DL2）4，位于第一消偏分光平片（BS1）的透射光路上，用于调节透射光路的光程，以便于调节两对双脉冲的脉冲间隔；
水平放置的沃拉斯顿棱镜5，位于第二延迟线结构的出射光路上，用于将两个光轴方向相互垂直的脉冲在水平方向上分开一定的角度；
第二消偏分光平片（BS2）6，位于两块沃拉斯顿棱镜出射光的交汇处，用于四路光的合束；
由第一透镜（L1）7和第二透镜（L2）8构成的4f系统，用于将四路发散的光线会聚。
分束效果：
分束效果的控制依靠沃拉斯顿棱镜的分束角和4f系统进行控制。在靶面较远，角度要求较大的情况下，可以采用分束角度较大的沃拉斯顿棱镜和焦距较大的透镜组；在靶面较近，角度要求较大的情况下，可以采用分束角度较大的沃拉斯顿棱镜和焦距较小的透镜组；在靶面较远，角度要求较小的情况下，可以采用分束角度较小的沃拉斯顿棱镜和焦距较大的透镜组；在靶面较近，角度要求较小的情况下，可以采用分束角度较小的沃拉斯顿棱镜和焦距较大的透镜组。总体分束效果视实际情况可以进行灵活地调整，这也是系统的优势之一。
本装置起作用的过程为：
第1、产生入射光是两个偏振状态呈相互垂直的连续激光或者脉冲激光；
第2、将步骤1产生的两个脉冲通过延迟线的调节，使之具有恒定的相位延迟；
第3、让多个相位延迟恒定的激光光束垂直入射到沃拉斯顿棱镜上，以此产生多个方向的脉冲光束或连续光束，来实现空间角度分开的目的；
第4、将步骤3产生的多方向的子激光束通过一个双透镜结构（4f系统）使之汇聚于记录仪器靶面或加工平面上。
Claims (3)
1.一种空间多角度传输光束的产生方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
第1、将两个偏振状态相互垂直的连续激光或者脉冲激光入射到第一消偏分光平片（BS1）进行分束；
第2、在第一消偏分光平片（BS1）上反射的光束入射到第一延迟线结构（DL1）和竖直放置的沃拉斯顿棱镜，然后再入射到第二消偏分光平片（BS2）上并透射；
第3、在第一消偏分光平片（BS1）上透射的光束入射到第二延迟线结构（DL2）和水平放置的沃拉斯顿棱镜，然后入射到第二消偏分光平片（BS2）上并反射；
通过第2步和第3步在第二消偏分光平片（BS2）的一侧产生了4方向的传输光路；
第4、采用4f系统对第3步产生的4方向的传输光路进行合束，实现了多方向的参考光能在同一成像靶面上进行成像或者加工的目的。
2.一种实现权利要求1所述方法的双沃拉斯顿棱镜多角度参考光分束装置，其特征在于该装置包括：
两组延迟线；两片消偏分光平片；一组双透镜会聚系统；其中，
第一消偏分光平片（BS1），用于将偏振状态相互垂直的超短激光双脉冲分束为两个方向出射的脉冲；
第一延迟线结构，位于第一消偏分光平片（BS1）的反射光路上，用于调节反射光路的光程，以便于调节两对双脉冲的脉冲间隔；
竖直放置的沃拉斯顿棱镜，位于第一延迟线结构的出射光路上，用于将两个光轴方向相互垂直的脉冲在竖直方向上分开一定的角度；
第二延迟线结构，位于第一消偏分光平片（BS1）的透射光路上，用于调节透射光路的光程，以便于调节两对双脉冲的脉冲间隔；
水平放置的沃拉斯顿棱镜，位于第二延迟线结构的出射光路上，用于将两个光轴方向相互垂直的脉冲在水平方向上分开一定的角度；
第二消偏分光平片（BS2），位于两块沃拉斯顿棱镜出射光的交汇处，用于四路光的合束；
由第一透镜和第二透镜构成的4f系统，用于将四路发散的光线会聚。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的沃拉斯顿棱镜的表面上均镀有增透膜。
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