CN110416872A - 弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统 - Google Patents
弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110416872A CN110416872A CN201910704664.9A CN201910704664A CN110416872A CN 110416872 A CN110416872 A CN 110416872A CN 201910704664 A CN201910704664 A CN 201910704664A CN 110416872 A CN110416872 A CN 110416872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- width
- light
- radian
- arc
- light beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0955—Lenses
- G02B27/0966—Cylindrical lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及特殊种类激光光源，为解决目前激光器光源存在的激光光斑照度不均、激光光斑形状单一的问题，本发明旨在提出一种弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，激光光斑为圆弧，圆弧的宽度、弧度、弧长均可调节，弧形光班照度均匀，平行性好。为此，本发明采取的技术方案是，弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分、匀光准直部分、Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分，匀光准直部分通过匀光管产生均匀照度的准直平行方光，Y轴方向扩束部分通过变焦望远系统产生可调宽度的矩形光。本发明主要应用于激光光源设计制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种特殊激光光源，属光源设计领域，适用于需要弧形激光光斑照射的光学系统。具体涉及弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统。
背景技术
半导体激光器特殊的波导结构决定了其输出光斑在快、慢轴方向的差异很大，快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。
目前广泛应用的半导体激光光源发射的激光多为椭圆形高斯光束，目标面上的光斑大多为一个点，且光斑照度不均。若只经过简单的激光扩束系统，只能做到将小半径的激光光束扩束成较大半径的相同形状的激光光束，既不能改变激光光斑的形状，也无法提高光斑照度的均匀性。
另一方面，点状激光光斑在一些特殊的光学系统或材料刻蚀生产中存在较大不便，改变激光光斑形状在科学实验中非常必要。而现存的改变激光光斑形状的光学系统仅能将激光光斑变为标准的几何图形，如正方形、圆形、长方形等，对于获得非标准的圆弧图形的光学系统十分稀少。
发明内容
为克服现有技术的不足，解决目前激光器光源存在的激光光斑照度不均、激光光斑形状单一的问题，本发明旨在提出一种弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，激光光斑为圆弧，圆弧的宽度、弧度、弧长均可调节，弧形光班照度均匀，平行性好。为此，本发明采取的技术方案是，弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分、匀光准直部分、Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分，匀光准直部分通过匀光管产生均匀照度的准直平行方光，Y轴方向扩束部分通过变焦望远系统产生可调宽度的矩形光，经光路转折部分对光路进行转折后，X轴方向展宽部分将矩形光拉长为条形光，旋转X轴方向展宽部分并使之倾斜，将条形光变换为弧度随倾斜角度变化而变化的圆弧形光束。
Y轴方向扩束部分由依次排列的L1、L2、L3以及L4四片柱透镜组成，L1及L4位置固定，L2位置可调，L3用于补偿，通过对L2及L3的位置进行调节，改变光束Y轴方向的扩束比，从而实现对光环宽度的控制。
X轴方向展宽部分由两个负柱透镜组成，目的是将光束的X轴方向拉长，并将拉长后形成的条形光束转变成圆弧，在X轴方向对光束进行展宽拉长，而负柱透镜的Y轴方向相当于平行平板，当光束斜入射平行平板时，出射光束相对于入射光束发生平移，负柱透镜在不同截面上的玻璃厚度不同，而光束平移量正比于玻璃厚度，所以斜入射在透镜上的光束会在像面上形成圆弧。
本发明的特点及有益效果是：
通过匀光准直部分可将椭圆形高斯光束变换为正方形平顶光束。
通过对Y轴方向扩束部分进行变焦可以最终使弧形光的圆弧宽度从1倍宽度至5倍宽度自由调节。
附图说明：
图1为本发明可调谐的弧形光束发射系统的结构原理图
图2为本发明可调谐的弧形光束发射系统的Y-Z剖面结构示意图；
图3为本发明可调谐的弧形光束发射系统的X-Z剖面结构示意图；
图4为本发明可调谐的弧形光束发射系统的等轴测视结构示意图；
图5为本发明Y轴方向扩束部分工作原理图；
图6为本发明Y轴方向扩束部分各变焦组态的出射光束宽度示意图；
图7为本发明X轴方向展宽部分拉伸弧长的工作原理图；
图8为本发明X轴方向展宽部分形成圆弧的工作原理图；
图9为本发明最终形成圆弧的光斑宽度变化示意图；
图10为本发明最终形成圆弧的光斑弧度变化示意图。
具体实施方式
为达至目的，本发明采用的技术解决方案如下：可调谐的弧形光束发射系统包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分、匀光准直部分、Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分。匀光准直部分通过匀光管产生均匀照度的准直平行方光，Y轴方向扩束部分通过变焦望远系统产生可调宽度的矩形光，经光路转折部分对光路进行转折后，X轴方向展宽部分将矩形光拉长为条形光，旋转X轴方向展宽部分并使之倾斜，可将条形光变换为弧度随倾斜角度变化而变化的圆弧形光束。
下面结合附图并举实例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明可调谐的弧形光束发射系统的原理图：包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分LD、匀光准直部分Tapered Light Pipe、Y轴方向扩束部分、光路转折部分M1以及X轴方向展宽部分。其中Y轴方向扩束部分由L1、L2、L3以及L4这四片柱透镜组成，X轴方向展宽部分由L5以及L6这两片柱透镜组成。IMG为激光照射的目标像面。
本实施例所述的可调谐弧形光束发射系统，系统发射的中心波长为865nm，半导体激光器发射的激光正入射该系统。
按上述设计原理设计的系统模型如图2、图3、图4所示。系统模型图仅画出了Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分，半导体激光光源部分及匀光准直部分未画出。
Y轴方向扩束部分为变倍伽利略望远结构，结构原理图如图5所示。该部分的目的是改变光束Y轴方向的宽度，从而控制所需弧形光的光环宽度。在光学结构上，它由变焦组、固定组和补偿组构成。在本发明所设计的扩束部分中，L1及L4为固定组，L2为变倍组，L3为补偿组，所有透镜均采用柱透镜，通过对L2及L3的位置进行调节，可以改变光束Y轴方向的扩束比，从而实现对光环宽度的控制。该扩束装置各变焦组态的出射光束宽度如图6所示，变倍组及补偿组的运动轨迹平滑无突变，光束宽度可从一倍宽度至五倍宽度自由调节。
X轴方向展宽部分由两个负柱透镜组成，目的是将光束的X轴方向拉长，并将拉长后形成的条形光束转变成圆弧。两负透镜组均采用柱面镜，在X轴方向对光束进行展宽拉长，原理图如图7所示。而Y轴方向的柱面镜相当于平行平板，当光束斜入射平行平板时，出射光束相对于入射光束发生平移。负透镜在不同截面上的玻璃厚度不同，而光束平移量正比于玻璃厚度，所以斜入射在透镜上的光束会在像面上形成圆弧，原理图如图8所示。
图9为本发明最终形成圆弧的光斑宽度变化示意图，图10为本发明最终形成圆弧的光斑弧度变化示意图，从图中可以看出，最终出射激光光斑的圆弧宽度及圆弧弧度变化范围大，光斑照度均匀。
Claims (3)
1.一种弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，其特征是，包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分、匀光准直部分、Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分，匀光准直部分通过匀光管产生均匀照度的准直平行方光，Y轴方向扩束部分通过变焦望远系统产生可调宽度的矩形光，经光路转折部分对光路进行转折后，X轴方向展宽部分将矩形光拉长为条形光，旋转X轴方向展宽部分并使之倾斜，将条形光变换为弧度随倾斜角度变化而变化的圆弧形光束。
2.如权利要求1所述的弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，其特征是，Y轴方向扩束部分由依次排列的L1、L2、L3以及L4四片柱透镜组成，L1及L4位置固定，L2位置可调，L3用于补偿，通过对L2及L3的位置进行调节，改变光束Y轴方向的扩束比，从而实现对光环宽度的控制。
3.如权利要求1所述的弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，其特征是，X轴方向展宽部分由两个负柱透镜组成，目的是将光束的X轴方向拉长，并将拉长后形成的条形光束转变成圆弧，在X轴方向对光束进行展宽拉长，而负柱透镜的Y轴方向相当于平行平板，当光束斜入射平行平板时，出射光束相对于入射光束发生平移，负柱透镜在不同截面上的玻璃厚度不同，而光束平移量正比于玻璃厚度，所以斜入射在透镜上的光束会在像面上形成圆弧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910704664.9A CN110416872A (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910704664.9A CN110416872A (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110416872A true CN110416872A (zh) | 2019-11-05 |
Family
ID=68364892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910704664.9A Pending CN110416872A (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110416872A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201556835U (zh) * | 2009-11-07 | 2010-08-18 | 桂林电子科技大学 | 一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管 |
| CN203241622U (zh) * | 2013-03-15 | 2013-10-16 | 浙江师范大学 | 带状光束产生装置 |
| US20170082861A1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-03-23 | Intel Corporation | System for flat-top intensity laser sheet beam generation |
| CN107861252A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-30 | 苏州蛟视智能科技有限公司 | 一种成像装置及方法 |
| CN107976794A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-01 | 苏州大学 | 一种可变光片厚度和长度的光片照明显微镜的照明系统 |
| CN109521637A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种激光投影系统 |
| CN109863445A (zh) * | 2016-07-28 | 2019-06-07 | 相干公司 | 用于从二极管激光器阵列生成线光束的装置 |
-
2019
- 2019-07-31 CN CN201910704664.9A patent/CN110416872A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201556835U (zh) * | 2009-11-07 | 2010-08-18 | 桂林电子科技大学 | 一种可将半导体激光器及其列阵光束对称化变换的导光管 |
| CN203241622U (zh) * | 2013-03-15 | 2013-10-16 | 浙江师范大学 | 带状光束产生装置 |
| US20170082861A1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-03-23 | Intel Corporation | System for flat-top intensity laser sheet beam generation |
| CN109863445A (zh) * | 2016-07-28 | 2019-06-07 | 相干公司 | 用于从二极管激光器阵列生成线光束的装置 |
| CN107861252A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-30 | 苏州蛟视智能科技有限公司 | 一种成像装置及方法 |
| CN107976794A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-01 | 苏州大学 | 一种可变光片厚度和长度的光片照明显微镜的照明系统 |
| CN109521637A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种激光投影系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JOERG G. RITTER等: "A cylindrical zoom lens unit for adjustable optical sectioning in light sheet microscopy", 《BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10942357B2 (en) | Light illumination device, light processing apparatus using light illumination device, light illumination method, and light processing method | |
| US8270084B2 (en) | Device for beam shaping | |
| CN106842587B (zh) | 衍射光学方法实现高斯光整形为超高长宽比的极细线型均匀光斑 | |
| KR101738155B1 (ko) | 라인 빔 형성 장치 | |
| CN109343226A (zh) | 一种将激光光斑转化成均匀线列光斑的光学系统 | |
| CN105171235A (zh) | 一种双焦点激光微加工装置及其加工方法 | |
| CN103157904A (zh) | 一种基于动态聚焦的激光加工装置 | |
| US20130194673A1 (en) | Apparatus for shaping the light rays of a laser beam | |
| CN103562774B (zh) | 用于扩宽激光射束的装置和方法 | |
| CN204353650U (zh) | 光学聚焦结构及激光加工设备 | |
| CN110416872A (zh) | 弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统 | |
| US11112615B2 (en) | Device and method for the generation of a double or multiple spot in laser material processing | |
| CN102308019A (zh) | 将图像投射在表面上的装置和移动所述图像的装置 | |
| CN208013532U (zh) | 一种红外激光照明变焦镜头 | |
| CN106735886A (zh) | 一种基于单振镜与自适应镜3d扫描光学系统 | |
| CN112262338B (zh) | 用于在工作平面中产生线性强度分布的装置 | |
| CN206445360U (zh) | 一种基于单振镜与自适应镜3d扫描光学系统 | |
| CN105371830A (zh) | 基于圆锥离轴反射的激光标线装置 | |
| CN116047777B (zh) | 变倍数均匀激光产生装置 | |
| CN108957765A (zh) | 一种改变激光聚焦光斑空间方向的方法及装置 | |
| CN1207604C (zh) | 激光光束整形装置 | |
| CN205254331U (zh) | 一种co2激光器及其外光路传输系统 | |
| CN105258686B (zh) | 激光投线仪 | |
| KR102425179B1 (ko) | 라인빔 형성장치 | |
| JP7453328B2 (ja) | レーザ放射用の変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191105 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |