CN108363214B - 一种用于1.064μm光纤激光的准直器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学设备领域，具体涉及一种用于1.064μm光纤激光的准直器，其具有外形紧凑、结构简单、准直度高等特点，能够满足实际使用要求。该准直器包括沿着激光光束出射方向依次设置的第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜；第一准直镜为一个负光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第二准直镜为一个正光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第三准直镜为一个正光焦度双面凸透镜。

Description

一种用于1.064μm光纤激光的准直器
技术领域
本发明属于光学设备领域，具体涉及一种用于1.064μm光纤激光的准直器。
背景技术
随着激光和光纤相关技术快速发展，使得激光器相关产品日渐成熟、商用化程度不断提高。1.064μm光纤输出激光器其工作波段处于大气窗口内，非常便于远距离传输，而且激光输出结构小巧、转接方便，因而应用越来越广泛，例如激光相干傅立叶成像技术中照明光源。
作为激光应用的不可缺少的重要组成部分之一的准直器，其准直性是最关键的参数指标，准直性越好意味着其传输越远、汇聚光斑越小，能量就越集中，被照射目标反射能量越强，信噪比越高，越有利于目标的探测和识别。同时，其与光纤的耦合效率以及外形尺寸的要求都与准直器的设计难度及应用广度紧密相关。
目前，商用1.064微米波长光纤输出激光准直器，焦距较短，准直度最高为0.5mrad左右，适用近距离几米到几十米使用，不能满足激光相干傅立叶成像技术1.5公里传输，准直度为0.0094度(0.17mrad)这样一个需求，并且与光纤对接(同轴度和离焦量)精度要求高(两者精度均≤0.01mm)，对机械机构要求较高，装调工艺性较差。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种用于1.064μm光纤激光的准直器，其具有外形紧凑、结构简单、准直度高等特点，能够满足实际使用要求。
本发明采取的技术方案是：
该准直器包括沿着激光光束出射方向依次设置的第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜；
第一准直镜为一个负光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第二准直镜为一个正光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第三准直镜为一个正光焦度双面凸透镜。
进一步地，上述第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜的厚度分别为2.5mm、4mm以及5.2mm；所述第一准直镜与第二准直镜之间间隔0.52mm，所述第二准直镜与第三准直镜之间间隔0.65mm。
进一步地，所述第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜沿着激光光束的方向均设有正光面和背光面；
其中，第一准直镜正光面的曲率半径为-12.274mm，其背光面的曲率半径为-19.81mm；
第二准直镜正光面的曲率半径为-31.32mm，其背光面的曲率半径为-23.77mm；
第三准直镜正光面的曲率半径为253.96mm，其背光面的曲率半径为-30mm。
上述第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜构成准直器的物距为56.93mm，其像距为1500000mm。
进一步地，上述第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜构成准直器的焦距为75mm，F数为4.1，系统总长69.8mm，镜筒长度12.87mm。
进一步地，上述第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜均采用石英玻璃制成。
进一步地，上述准直器与外部光纤纤芯连接机械结构同轴度允许在0.013mm以内，离焦量要求≤0.03mm。
采用上述技术方案的有益效果：
该激光准直器由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜即准直镜1、正光焦度弯向物方的弯月透镜即准直镜2和正光焦度双凸透镜即准直镜3构成。其中，负光焦度透镜构成的准直镜1，用于大部分球差和慧差校正；正光焦度的透镜准直镜2用于对准直镜1校正剩余球差进行部分校正，准直镜3用于对准直镜1和准直镜2剩余球差和彗差进行补偿，以实现较小的剩余像差，提高出射激光光束准直度的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用3片式透镜结构，镜片材料均采用物理、化学性能较好的石英玻璃，镜片面形均采用球面，系统与光纤纤芯连接机械结构同轴度允许在0.013mm以内，离焦量要求≤0.03mm，因而其工艺性好，结构实现简单、可靠，准直度高，准直器焦距为75mm，F数为4.1，系统总长为69.8mm，镜筒长度12.87mm，能够满足波长为1.064μm、纤芯为0.006mm的光纤输出激光准直度0.17mrad的实际使用要求，同时该准直器还具有结构紧凑的优点。
附图说明
图1为本发明准直器的光路图。
图2为本发明准直器在1500m处的点列图。
图3为本发明准直器在1500m处，半径125mm范围内包围圆能量图。
附图标记如下：
1-第一准直镜、2-第二准直镜、3-第三准直镜、4-光纤纤芯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的详细说明。
如图1所示的焦距为75mm、F数为4.1，工作波长为1.064μm激光准直器光学系统，采用3片式结构，包括由沿着激光光束出射方向依次设置的第一准直镜1、第二准直镜2和第三准直镜3；
第一准直镜1为一个负光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第二准直镜2为一个正光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第三准直镜3为一个正光焦度双面凸透镜。
将数值孔径为0.12光纤纤芯4输出的激光以平行光形式发射出去。第一准直镜1主要对大部分球差和彗差校正；第二准直镜2主要对第一准直镜校正剩余球差进行部分校正，第三准直镜3对第一准直镜和第二准直镜校正剩余像差进行补偿，实现系统像差平衡，剩余像差较小，激光光束以优于0.0095°的发散角发射出去。
其中，第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜的参数如表1所示：
表1
Figure BDA0001592846780000051
需要说明的是：面序号1-6分别依次对应第一准直镜、第二准直镜以及第三准直镜的正光面和背光面。
如图2、3所示，系统在1500m处光斑RMS半径为52mm，在半径125mm范围内，能量集中度约为98％，准直器与外部光纤纤芯连接机械结构同轴度允许在0.013mm以内，离焦量要求≤0.03mm。因而具有较好的汇聚能力，能够满足激光干涉傅立叶成像对准直器在1.5Km汇聚在Φ250mm范围内的需求。

Claims (5)

1.一种用于1.064μm光纤激光的准直器，其特征在于：包括沿着激光光束出射方向依次设置的第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜；
第一准直镜为一个负光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第二准直镜为一个正光焦度的弯月透镜且透镜的弯向朝向物方；第三准直镜为一个正光焦度双面凸透镜；
所述第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜的厚度分别为2.5mm、4mm以及5.2mm；所述第一准直镜与第二准直镜之间间隔0.52mm，所述第二准直镜与第三准直镜之间间隔0.65mm；
所述第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜沿着激光光束的方向均设有正光面和背光面；
其中，第一准直镜正光面的曲率半径为-12.274mm，其背光面的曲率半径为-19.81mm；
第二准直镜正光面的曲率半径为-31.32mm，其背光面的曲率半径为-23.77mm；
第三准直镜正光面的曲率半径为253.96mm，其背光面的曲率半径为-30mm。
2.根据权利要求1所述的用于1.064μm光纤激光的准直器，其特征在于：所述第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜构成准直器的物距为56.93mm，其像距为1500000mm。
3.根据权利要求2所述的用于1.064μm光纤激光的准直器，其特征在于：所述第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜构成准直器的焦距为75mm，F数为4.1，系统总长69.8mm，镜筒长度12.87mm。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的用于1.064μm光纤激光的准直器，其特征在于：上述第一准直镜、第二准直镜和第三准直镜均采用石英玻璃制成。
5.根据权利要求4所述的用于1.064μm光纤激光的准直器，其特征在于：所述准直器与外部光纤纤芯连接机械结构同轴度允许在0.013mm以内，离焦量要求≤0.03mm。
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