CN111258076A - 一种可实现激光光束匀化功能的光学系统 - Google Patents

一种可实现激光光束匀化功能的光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其沿光的传播路径依序包括激光光源、准直系统、光斑整形系统和聚焦系统，激光光源发出的光通过准直系统准直后，经过光斑整形系统进行一个方向的整形，之后经过聚焦系统实现这个方向的光强从高斯到平顶的匀化，与此同时，与上述方向相垂直的光强则保持高斯分布。采用以上结构，本发明可以实现小光斑要求（匀化方向长度小于1mm）的单方向平顶光输出。

Description

一种可实现激光光束匀化功能的光学系统
技术领域
本发明涉及生物医疗及光学测绘领域，尤其涉及一种可实现激光光束匀化功能的光学系统。
背景技术
激光光斑单方向匀化一般采用准直透镜加上Powell棱镜实现，但是该方案适用于需要较长的线斑的整形(通常长度大于1mm)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现小光斑要求的可实现激光光束匀化功能的光学系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其沿光的传播路径依序包括激光光源、准直系统、光斑整形系统和聚焦系统，激光光源发出的光通过准直系统准直后，经过光斑整形系统进行一个方向的整形，之后经过聚焦系统实现这个方向的光强从高斯到平顶的匀化，与上述方向相垂直的光强则保持高斯分布。
进一步的，所述光斑整形系统可以为至少两个的柱面镜组合。
进一步的，所述光斑整形系统可以为非柱面透镜，该非柱面透镜的一面为非柱面，另外一面为平面或者柱面。
进一步的，所述非柱面的曲线方程为：
Figure BDA0001887290090000011
其中，z为曲线坐标方程，α1至α8为各阶系数，r为曲线上的一点到曲线中心轴的垂直距离，c为曲率半径的倒数，k为曲面的圆锥系数。
进一步的，所述准直系统为单球面透镜、非球面透镜或者组合透镜系统。
进一步的，所述聚焦系统为球面透镜、非球面透镜或者组合透镜系统。
进一步的，改变准直系统和聚焦系统的焦距，可实现高斯分布方向不同的光斑大小输出。
本发明采用以上技术方案利用多片柱面镜或者非柱面镜片，来实现小光斑要求(匀化方向长度小于1mm)的单方向平顶光输出，并配合准直系统和聚焦系统，实现另外一个方向光斑的高斯分布。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
图1为本发明实施例一的示意图；
图2为实施例一的光强分布图；
图3为实施例一的竖直方向的光强分布曲线示意图；
图4为实施例一的水平方向的光强分布曲线示意图；
图5为本发明实施例二的示意图。
图6为实施例二的光强分布图；
图7为实施例二的竖直方向的光强分布曲线示意图；
图8为实施例二的水平方向的光强分布曲线示意图。
具体实施方式
如图1或图5所示，本发明可实现激光光束匀化功能的光学系统，其沿光的传播路径依序包括激光光源1、准直系统2、光斑整形系统3和聚焦系统4，激光光源1发出的光通过准直系统2准直后，经过光斑整形系统3进行一个方向的整形，之后经过聚焦系统4实现这个方向的光强从高斯到平顶的匀化，与上述方向相垂直的光强则保持高斯分布。
其中，准直系统2可以为单球面透镜、非球面透镜或者组合透镜系统等。聚焦系统4可以为球面透镜、非球面透镜或者组合透镜系统。
另外，可通过改变准直系统2和聚焦系统4的焦距，可实现高斯分布方向不同的光斑大小输出。
实施例1，如图1所示，光斑整形系统3为至少两个的柱面镜组合。其中光强分布图和两个方向的光强分布曲线如图2-4所示。
实施例2，如图5所示，光斑整形系统3为非柱面透镜，该非柱面透镜的一面为非柱面，另外一面为平面或者柱面。其中光强分布图和两个方向的光强分布曲线如图6-8所示。
非柱面的曲线方程为：
Figure BDA0001887290090000021
其中，z为曲线坐标方程，α1至α8为各阶系数，r为曲线上的一点到曲线中心轴的垂直距离，c为曲率半径的倒数，k为曲面的圆锥系数。
本发明利用多片柱面镜或者非柱面镜片，来实现小光斑要求(匀化方向长度小于1mm)的单方向平顶光输出，并配合准直系统2和聚焦系统4，实现另外一个方向光斑的高斯分布。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明所做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：其沿光的传播路径依序包括激光光源、准直系统、光斑整形系统和聚焦系统，激光光源发出的光通过准直系统准直后，经过光斑整形系统进行一个方向的整形，之后经过聚焦系统实现这个方向的光强从高斯到平顶的匀化，与此同时，与上述方向相垂直的光强则保持高斯分布。
2.根据权利要求1所述的一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：所述光斑整形系统可以为至少两片柱面投镜的组合。
3.根据权利要求1所述的一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：所述光斑整形系统可以为非柱面透镜，该非柱面透镜的一面为非柱面，另外一面为平面或者柱面。
4.根据权利要求3所述的一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：所述非柱面的曲线方程为：
Figure FDA0001887290080000011
其中，z为曲线坐标方程，α1至α8为各阶系数，r为曲线上的一点到曲线中心轴的垂直距离，c为曲率半径的倒数，k为曲面的圆锥系数。
5.根据权利要求1所述的一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：所述准直系统为单球面透镜、非球面透镜或者组合透镜系统。
6.根据权利要求1所述的一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：所述聚焦系统为球面透镜、非球面透镜或者组合透镜系统。
7.根据权利要求1所述的一种可实现激光光束匀化功能的光学系统，其特征在于：改变准直系统和聚焦系统的焦距，可实现高斯分布方向不同的光斑大小输出。
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