CN113253470B - 准直环形光束产生装置、激光通信系统及激光加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种准直环形光束产生装置、激光通信装置以及加工系统，上述准直环形光束产生装置包括：第一椭圆锥反射镜和第二椭圆锥反射镜；所述第一椭圆锥反射镜相对于入射高斯光束倾斜设置，且所述第一椭圆锥反射镜与所述第二椭圆锥反射镜关于一对称点对称设置；所述对称点为所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间连线的中点。相比于传统正入射式透射光路，通过实施本发明实施例能降低准直环形光束产生光路的色散和热效应。

Description

准直环形光束产生装置、激光通信系统及激光加工系统
技术领域
本发明涉及光束整形技术领域，尤其涉及一种准直环形光束产生装置、激光通信系统及激光加工系统。
背景技术
激光的低发散角使其具有高度指向性，应用于通信领域时具有较高的通信速度和通信容量，且同时兼具较高的保密性。使用卡塞格伦系统作为激光通信系统的发射天线时，次镜中心遮挡引起的光能损耗会显著降低系统的能量利用率。环形光束中心光强为零，可以避免次镜中心遮挡引起的光能损失，使其在激光通信领域具有较高的应用前景。
飞秒激光具有较短的脉宽和较高的峰值功率，应用于激光加工时几乎不产生热影响区，使其具有较高的加工质量。飞秒激光器出射光通常为高斯光束，加工过程中高斯光束边缘较低光强处会产生明显的过渡区域，降低加工质量。环形光束可以使激光能量集中在较窄的环形区域内，用于激光加工中可以产生清晰的切割边界，因此具有较高的加工质量。
在现有技术中产生准直环形光束装置通常采用正入射式的同轴双圆锥透镜光路结构，但是透射式光路具有明显的色散和热效应，不适合用于宽光谱和较高功率的激光通信或激光加工系统。
发明内容
本发明实施例提供一种准直环形光束产生装置、激光通信系统及激光加工系统。通过采用反射式光路结构，能降低准直环形光束产成光路的色散和热效应。
本发明一实施例提供一种准直环形光束产生装置，包括：第一椭圆锥反射镜和第二椭圆锥反射镜；
所述第一椭圆锥反射镜相对于入射高斯光束倾斜设置，且所述第一椭圆锥反射镜与所述第二椭圆锥反射镜关于一对称点对称设置；
所述对称点为所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间连线的中点。
通过这一实施例，第一椭圆锥反射镜与第二椭圆锥反射镜构成反射光路对入射高斯光束进行光束整形获得准直环形光束。由于高能量光束透过元器件时会产生色散和热效应，而本发明采用的反射式光路，光线不穿过元器件，所以光路系统具有非常小的色散和热效应，因此相比于现有的采用正入射式的同轴双圆锥透镜光路结构的方案，本发明能够降低准直环形光束产生光路的色散和热效应。
进一步的，椭圆锥反射镜表面上各点至平面（x、y）的距离满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，所述椭圆锥反射镜包括第一椭圆锥反射镜和第二椭圆锥反射镜；
当所述椭圆锥反射镜为所述第一椭圆锥反射镜时，所述平面（x、y）为以所述第一椭圆锥反射镜的光轴为Z轴且以所述第一椭圆锥反射镜的顶点为原点所建立的第一三维直角坐标系中，X轴与Y轴所构成的第一平面，θ为所述入射高斯光束相对于所述第一平面的入射角度，x为所述第一椭圆锥反射镜表面上的点在所述第一三维直角坐标系的X轴上的值，y为所述第一椭圆锥反射镜表面上的点在所述第一三维直角坐标系的Y轴上的值；
当所述椭圆锥反射镜为所述第二椭圆锥反射镜时，所述平面（x、y）为以所述第二椭圆锥反射镜的光轴为Z轴且以所述第二椭圆锥反射镜的顶点为原点所建立的第二三维直角坐标系中，X轴与Y轴所构成的第二平面，θ为所述入射高斯光束相对于所述第一平面的入射角，x为所述第二椭圆锥反射镜表面上的点在所述第二三维直角坐标系的X轴上的值，y为所述第二椭圆锥反射镜表面上的点在所述第二三维直角坐标系的Y轴上的值；
z(x,y)为椭圆锥反射镜表面上各点至平面（x、y）的距离；α为所述第一椭圆锥反射镜或第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角；当所述α为所述第一椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第一三维直角坐标系的X轴；当所述α为所述第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第二三维直角坐标系的X轴。
采用这一实施例所限定的椭圆锥反射镜可以对高斯光束斜入射引入的非圆对称相位偏差进行补偿，使整形后的光束具有较理想的准直性及圆环形貌。
进一步的，θ的取值范围为3°至30°。通过这一设置能确保入射高斯光束不被第二椭圆锥反射镜遮挡、出射准直环形光束不被第一椭圆锥反射镜遮挡。
进一步的，所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间的距离满足如下公式：
Figure 750269DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，d为所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间的距离，w为所述入射高斯光束的束腰半径，α为所述第一椭圆锥反射镜或第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角；当所述α为所述第一椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第一三维直角坐标系的X轴；当所述α为所述第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第二三维直角坐标系的X轴。
通过这一设置可以避免第一椭圆锥反射镜光轴两侧的反射光到达第二椭圆锥反射镜时相互叠加，导致出射准直环形光束中心处光强不为零。
进一步的，所述α的取值范围为0.5°至20°。通过这一设置能够降低椭圆锥反射镜加工的难度。
基于上述实施例本发明对应提供了一种激光通信系统。
本发明一实施例提供了一种激光通信系统，包括上述任意一项实施例所述的准直环形光束产生装置以及卡塞格伦系统；其中，所述卡塞格伦系统为所述激光通信系统的发射天线；所述准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至所述卡塞格伦系统，以使所述卡塞格伦系统对所述准直环形光束进行扩束。
相比于传统激光通信中直接使用高斯光束作为光源的方案，在同等传输距离下，采用本发明所提供的准直环形光束产生装置生成准直环形光束，进而演化形成的贝塞尔光束的光束中心具有比高斯光束中心更高的光强，更有利于激光通信系统中的信号捕获。
进一步的，所述卡塞格伦系统包括：平凸透镜、双曲面反射镜次镜以及抛物面反射镜主镜；
所述平凸透镜正对所述准直环形光束，且所述平凸透镜的焦点位于所述抛物面反射镜主镜的通光孔处；
所述抛物面反射镜主镜位于所述平凸透镜以及所述双曲面反射镜次镜之间；
所述双曲面反射镜次镜的虚焦点与所述抛物面反射镜主镜的实焦点重合，所述双曲面反射镜次镜的实焦点与所述平凸透镜的焦点重合。
进一步的，所述卡塞格伦系统包括：抛物面反射镜次镜以及抛物面反射镜主镜；
所述抛物面反射镜次镜的虚焦点与所述抛物面反射镜主镜的实焦点重合；
所述抛物面反射镜主镜的通光孔的直径大于所述准直环形光束的直径，以使所述准直环形光束经所述通光孔入射至所述抛物面反射镜次镜。
此外本发明对应提供了一种激光加工系统。
本发明一实施例提供了一种激光加工系统，包括上述任意一项实施例所述的准直环形光束产生装置以及透镜；所述准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至所述透镜，以使所述透镜对所述准直环形光束进行聚焦。
在飞秒激光加工过程中，传统的高斯光束边缘较低光强处会产生明显的过渡区域，降低加工质量。而采用本发明所提供准直环形光束产生装置，所生成的准直环形光束可以使激光能量集中在较窄的环形区域内，用于激光加工中可以产生清晰的切割边界，因此可以显著提高样品的加工质量。
通过实施本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种准直环形光束产生装置、激光通信系统以及激光加工系统，所述准直环形光束产生装置包括：第一椭圆锥反射镜和第二椭圆锥反射镜；第一椭圆锥反射镜相对于入射高斯光束倾斜设置，且第一椭圆锥反射镜与第二椭圆锥反射镜关于一对称点对称设置；对称点为第一椭圆锥反射镜的顶点与第二椭圆锥反射镜的顶点之间连线的中点。相比于现有的采用正入射式的同轴双圆锥透镜光路结构，采用反射光路能够降低准直环形光束产生光路的色散和热效应。所述激光通信系统，包括上述准直环形光束产生装置以及卡塞格伦系统，准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至卡塞格伦系统，以使卡塞格伦系统对所述准直环形光束进行扩束。相比于传统激光通信中直接使用高斯光束作为光源的方案，在同等传输距离下，采用本发明所提供的准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束，演化形成的贝塞尔光束中心具有比高斯光束中心更高的光强，更有利于激光通信系统中的信号捕获。所述激光加工系统，包括上述准直环形光束产生装置以及透镜；准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至透镜，以使透镜对准直环形光束进行聚焦。相比于传统采用高斯光束进行加工，采用所提供的准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束，可以使激光能量集中在较窄的环形区域内，用于激光加工中可以产生清晰的切割边界，因此可以显著提高样品的加工质量。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种准直环形光束产生装置的光路结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种准直环形光束产生装置的另一光路结构示意图。
图3是高斯光束入射角为3°时准直环形光束产生装置的光路结构示意图。
图4是高斯光束入射角为10°时准直环形光束产生装置的光路结构示意图。
图5是高斯光束入射角为20°时准直环形光束产生装置的光路结构示意图。
图6是高斯光束入射角为30°时准直环形光束产生装置的光路结构示意图。
图7是高斯光束入射角为20°且角α为0.5°时椭圆锥反射镜的表面形貌示意图。
图8是高斯光束入射角为20°且角α为5°时椭圆锥反射镜的表面形貌示意图。
图9是高斯光束入射角为20°且角α为10°时椭圆锥反射镜的表面形貌示意图。
图10是高斯光束入射角为20°且角α为20°时椭圆锥反射镜的表面形貌示意图。
图11是本发明一实施例提供的准直环形光束的强度分布形貌示意图。
图12是本发明另一实施例提供的准直环形光束的强度分布形貌示意图。
图13是本发明一实施例提供的激光通信系统中卡塞格伦系统的结构示意图。
图14是本发明一实施例提供的激光通信系统中卡塞格伦系统的另一结构示意图。
图15为本发明一实施例提供的准直环形光束经扩束后演化生成的贝塞尔光束光强形貌示意图。
图16是本发明一实施例提供的激光加工系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明一实施例提供一种准直环形光束产生装置，包括：第一椭圆锥反射镜1和第二椭圆锥反射镜2；
第一椭圆锥反射镜1相对于入射高斯光束倾斜设置，且第一椭圆锥反射镜1与第二椭圆锥反射镜2关于一对称点B对称设置；
对称点B为第一椭圆锥反射镜1的顶点A与第二椭圆锥反射镜2的顶点C之间连线的中点。
具体的，第一椭圆锥反射镜1与第二椭圆锥反射镜2为完全相同的椭圆锥反射镜，基于对称点B点对称设置，入射高斯光束斜入射在第一椭圆锥反射镜1上，经第一次反射后到达第二椭圆锥反射镜2上，经过再次反射后生成准直环形光束，且该准直环形光束出射方向与入射高斯光束平行。
相比于现有的采用正入射式的同轴双圆锥透镜光路结构，本发明采用反射光路结构能降低准直环形光束产生光路的色散和热效应。
在一个优选的实施例中，椭圆锥反射镜表面上各点至平面（x、y）的距离满足：
Figure 949170DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，椭圆锥反射镜包括第一椭圆锥反射镜1和第二椭圆锥反射镜2；
当椭圆锥反射镜为所述第一椭圆锥反射镜1时，平面（x、y）为以第一椭圆锥反射镜1的光轴为Z轴且以第一椭圆锥反射镜1的顶点A为原点所建立的第一三维直角坐标系中，X轴与Y轴所构成的第一平面，θ为入射高斯光束相对于第一平面的入射角度，x为第一椭圆锥反射镜1表面上的点在第一三维直角坐标系的X轴上的值，y为第一椭圆锥反射镜1表面上的点在第一三维直角坐标系的Y轴上的值；
当椭圆锥反射镜为第二椭圆锥反射镜2时，平面（x、y）为以第二椭圆锥反射镜2的光轴为Z轴且以第二椭圆锥反射镜2的顶点C为原点所建立的第二三维直角坐标系中，X轴与Y轴所构成的第二平面，θ为入射高斯光束相对于第一平面的入射角，x为第二椭圆锥反射镜2表面上的点在所述第二三维直角坐标系的X轴上的值，y为第二椭圆锥反射镜2表面上的点在第二三维直角坐标系的Y轴上的值；
z(x,y)为椭圆锥反射镜表面上各点至平面（x、y）的距离；α为所述第一椭圆锥反射镜或第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角；当所述α为所述第一椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第一三维直角坐标系的X轴；当所述α为所述第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第二三维直角坐标系的X轴。
如图2所示：以第一椭圆锥反射镜1的顶点A为原点，以第一椭圆锥反射镜1的光轴为Z轴建立第一三维直角坐标系(x1、y1、z1);x1垂直于纸面向外（未在图中画出）；以第二椭圆锥反射镜2的顶点C为原点，以第二椭圆锥反射镜2的光轴为Z轴建立第二三维直角坐标系(x2、y2、z2)；x2垂直于纸面向外（未在图中画出）。
此时上述第一平面即为平面(x1、y1)，上述第二平面即为平面(x2、y2)。入射高斯光束相对于第一平面的入射角，即高斯光束入射角为图2中所示的∠θ；
当入射高斯光束斜入射在圆锥反射镜上时，斜入射使高斯光束出现非圆对称的相位偏差，导致圆锥反射面相同半径下的反射光无法汇聚在光轴上的同一点，进而产生像散，导致出射光束也呈非理想的圆环形貌。因此，斜入射方式下两个圆锥反射镜不能产生理想的准直环形光束。而采用本发明这一实施例所限定的两个椭圆锥反射镜来构成反射光路，相比于圆锥反射镜，椭圆锥反射镜可以对高斯光束斜入射引入的非圆对称相位偏差进行补偿，使整形后的光束具有较理想的准直性及圆环形貌。
在一个优选的实施例中，
Figure 431098DEST_PATH_IMAGE004
的取值范围为3°至30°。
为确保入射高斯光束不被第二椭圆锥反射镜2、出射准直环形光束不被第一椭圆锥反射镜1遮挡，高斯光束入射角θ的取值范围应该为3°至30°即3°≤∠θ≤30°；图3-图6，分别为高斯光束入射角θ为3°、10°、20°、30°时准直环形光束产生装置的光路结构示意图。从图中可以看出，在3°≤∠θ≤30°时，入射高斯光束不会被第二椭圆锥反射镜2遮挡，出射准直环形光束不会被第一椭圆锥反射镜1遮挡。
在一个优选的实施例中，第一椭圆锥反射镜1的顶点与第二椭圆锥反射镜2的顶点之间的距离满足如下公式：
Figure 486778DEST_PATH_IMAGE005
;
其中，d为第一椭圆锥反射镜1的顶点与第二椭圆锥反射镜2的顶点之间的距离，w为入射高斯光束的束腰半径，α为第一椭圆锥反射镜1或第二椭圆锥反射镜2在X轴方向上的底角；当α为第一椭圆锥反射镜1在X轴方向上的底角时，X轴为第一三维直角坐标系的X轴；当α为第二椭圆锥反射镜2在X轴方向上的底角时，X轴为第二三维直角坐标系的X轴。
如图2所示，第一椭圆锥反射镜1的顶点A与第二椭圆顶点B的距离为图2所示的d,假设高斯光束束腰半径为w，则可以认为高斯光束束腰处横截面上距光轴2w处的光强近似为零。为了避免第一椭圆锥反射镜1光轴两侧的反射光到达第二椭圆锥反射镜2时相互叠加，导致出射准直环形光束中心处光强不为零，此时d应满足
Figure 552692DEST_PATH_IMAGE006
;在本发明中第一椭圆锥反射镜1在第一三维直角坐标系(x1、y1、z1)中的x1轴方向上的底角和第二椭圆锥反射镜2在第二三维直角坐标系(x2、y2、z2)中的x2轴方向上的底角的值是一致的，所以上述公式中α可以为第一椭圆锥反射镜1在第一三维直角坐标系中X轴方向上的底角，也可以为第二椭圆锥反射镜2在第二三维直角坐标系中X轴方向上的底角。需要说明的是∠α未在图中画出。
在一个优选的实施例中，α的取值范围为0.5°至20°。基于实际的加工情况，设置α的取值范围为0.5°-20°即0.5°≤∠α≤20°，这样可以降低椭圆锥反射镜加工时的难度。需要说明的是，可以根据准直环形光束直径的目标设计值φ，设定对应的α值和d值，使其符合光学系统的尺寸设计要求。
椭圆锥反射镜表面形貌取决于高斯光束入射角θ以及选定的锥反射镜底角α。
在∠θ=20°，椭圆锥反射镜半径5mm，对应椭圆锥反射镜底角α分别为0.5°、5°、10°、20°时，椭圆锥反射镜的表面形貌示意图如图7至图10所示。
图7中的图（a）是∠θ=20°，∠α=0.5°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，椭圆锥反射镜表面等高线分布图，图（b）是∠θ=20°，∠α=0.5°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，x、y轴对应的形貌轮廓。
图8中的图（a）是∠θ=20°，∠α=5°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，椭圆锥反射镜表面等高线分布图，图（b）是∠θ=20°，∠α=5°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，x、y轴对应的形貌轮廓。
图9中的图（a）是∠θ=20°，∠α=10°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，椭圆锥反射镜表面等高线分布图，图（b）是∠θ=20°，∠α=10°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，x、y轴对应的形貌轮廓。
图10中的图（a）是∠θ=20°，∠α=20°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，椭圆锥反射镜表面等高线分布图，图（b）是∠θ=20°，∠α=20°，椭圆锥反射镜半径为5mm时，x、y轴对应的形貌轮廓。
为更好的说明本发明的效果，以下对上述准直环形光束产生装置进行物理光学的仿真分析。假设高斯光束束腰半径w=1mm；
高斯光束经过∠α=5°、∠θ=20°、d≈20mm的准直环形光束产生装置，经第二椭圆锥反射镜2反射并传播10mm时，出射光束的强度分布形貌如图11所示。其中，图11中的图（a）为平面（x、y）上的二维光强分布形貌示意图，图（b）为沿x轴方向的一维光强分布形貌示意图。
高斯光束经过∠α=1°、∠θ=10°、d≈71.5mm的准直环形光束产生装置，经第二椭圆锥反射镜2反射并传播10mm时，出射光束的强度分布形貌如图12所示。其中，图12中的图（a）为平面（x、y）上的二维光强分布形貌示意图，图（b）为沿x轴方向的一维光强分布形貌示意图。
从图11和图12可以看出出射光呈理想的圆环形貌，即本发明所提供的准直环形光束产生装置能够产生理想的准直环形光束。
在上述实施例的基础上，本发明一实施例提供了一种激光通信系统，包括上述任意一项实施例的准直环形光束产生装置以及卡塞格伦系统；其中，卡塞格伦系统为激光通信系统的发射天线；准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至卡塞格伦系统，以使卡塞格伦系统对准直环形光束进行扩束。
如图13所示，在一个优选的实施例中，上述卡塞格伦系统包括：平凸透镜3、双曲面反射镜次镜5以及抛物面反射镜主镜4；平凸透镜3正对准直环形光束，且平凸透镜3的焦点位于抛物面反射镜主镜4的通光孔处；抛物面反射镜主镜4位于平凸透镜3以及双曲面反射镜次镜5之间；双曲面反射镜次镜5的虚焦点与抛物面反射镜主镜4的实焦点重合，双曲面反射镜次镜5的实焦点与平凸透镜3的焦点重合。
在这一实施例中，由于准直环形光束中心光强为零，光束不会被双曲面反射镜次镜遮挡，因此光源的能量可以全部通过卡塞格伦系统，提高了激光通信系统的光能利用率。
如图14所示，在一个可选的实施例中，上述卡塞格伦系统包括：抛物面反射镜次镜6以及抛物面反射镜主镜7；抛物面反射镜次镜6的虚焦点与抛物面反射镜主镜7的实焦点重合；抛物面反射镜主镜7的通光孔的直径大于准直环形光束的直径，以使准直环形光束经通光孔入射至抛物面反射镜次镜6。
假设通过图13或图14所示的卡塞格伦系统扩束后，出射准直环形光束直径为20mm，则扩束后准直环形光束传输100 m时光强分布的仿真计算结果如图15所示，图15中的图(a)为准直环形光束经扩束后演化生成的贝塞尔光束在平面（x、y）上的二维光强分布形貌示意图，图15中的图(b)为准直环形光束经扩束后演化生成的贝塞尔光束在x轴方向上的一维光强分布形貌示意图。从图15可可以看出，经过长距离传输后，准直环形光束将演化为贝塞尔光束。进一步的理论计算和仿真分析表明，相比于传统激光通信中直接使用高斯光束作为光源的方案，在同等传输距离下准直环形光束演化形成的贝塞尔光束中心具有比高斯光束中心更高的光强，更有利于激光通信系统中的信号捕获，进一步证明了准直环形光束在激光通信领域中的优势。
在上述实施例的基础上，本发明一实施例提供了一种激光加工系统。
本发明一实施例提供了一种激光加工系统，包括上述任意一项实施例的准直环形光束产生装置以及透镜8；准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至透镜8，以使透镜8对准直环形光束进行聚焦。
具体的，如图16所示，将上述准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束应用于激光加工领域，将待加工样品9放置在距透镜8焦点不同位置处，即可以得到不同直径的环形光束。飞秒激光加工过程中，传统的高斯光束边缘较低光强处会产生明显的过渡区域，降低加工质量。环形光束可以使激光能量集中在较窄的环形区域内，用于激光加工中可以产生清晰的切割边界，因此可以显著提高样品的加工质量。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种准直环形光束产生装置，其特征在于，包括：第一椭圆锥反射镜和第二椭圆锥反射镜；
所述第一椭圆锥反射镜相对于入射高斯光束倾斜设置，且所述第一椭圆锥反射镜与所述第二椭圆锥反射镜关于一对称点对称设置；
所述对称点为所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间连线的中点
其中，椭圆锥反射镜表面上各点至平面（x、y）的距离满足：
Figure 39894DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，所述椭圆锥反射镜包括第一椭圆锥反射镜和第二椭圆锥反射镜；
当所述椭圆锥反射镜为所述第一椭圆锥反射镜时，所述平面（x、y）为以所述第一椭圆锥反射镜的光轴为Z轴且以所述第一椭圆锥反射镜的顶点为原点所建立的第一三维直角坐标系中，X轴与Y轴所构成的第一平面，θ为所述入射高斯光束相对于所述第一平面的入射角度，x为所述第一椭圆锥反射镜表面上的点在所述第一三维直角坐标系的X轴上的值，y为所述第一椭圆锥反射镜表面上的点在所述第一三维直角坐标系的Y轴上的值；
当所述椭圆锥反射镜为所述第二椭圆锥反射镜时，所述平面（x、y）为以所述第二椭圆锥反射镜的光轴为Z轴且以所述第二椭圆锥反射镜的顶点为原点所建立的第二三维直角坐标系中，X轴与Y轴所构成的第二平面，θ为所述入射高斯光束相对于所述第一平面的入射角，x为所述第二椭圆锥反射镜表面上的点在所述第二三维直角坐标系的X轴上的值，y为所述第二椭圆锥反射镜表面上的点在所述第二三维直角坐标系的Y轴上的值；
z(x,y)为椭圆锥反射镜表面上各点至平面（x、y）的距离；α为所述第一椭圆锥反射镜或第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角；当所述α为所述第一椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第一三维直角坐标系的X轴；当所述α为所述第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第二三维直角坐标系的X轴;
所述θ的取值范围为3°至30°；
所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间的距离满足如下公式：
Figure 862356DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，d为所述第一椭圆锥反射镜的顶点与所述第二椭圆锥反射镜的顶点之间的距离，w为所述入射高斯光束的束腰半径，α为所述第一椭圆锥反射镜或第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角；当所述α为所述第一椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第一三维直角坐标系的X轴；当所述α为所述第二椭圆锥反射镜在X轴方向上的底角时，所述X轴为所述第二三维直角坐标系的X轴。
2.如权利要求1所述的准直环形光束产生装置，其特征在于，所述α的取值范围为0.5°至20°。
3.一种激光通信系统，其特征在于，包括：如权利要求1-2任意一项所述的准直环形光束产生装置以及卡塞格伦系统；其中，所述卡塞格伦系统为所述激光通信系统的发射天线；
所述准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至所述卡塞格伦系统，以使所述卡塞格伦系统对所述准直环形光束进行扩束。
4.如权利要求3所述的激光通信系统，其特征在于，所述卡塞格伦系统包括：平凸透镜、双曲面反射镜次镜以及抛物面反射镜主镜；
所述平凸透镜正对所述准直环形光束，且所述平凸透镜的焦点位于所述抛物面反射镜主镜的通光孔处；
所述抛物面反射镜主镜位于所述平凸透镜以及所述双曲面反射镜次镜之间；
所述双曲面反射镜次镜的虚焦点与所述抛物面反射镜主镜的实焦点重合，所述双曲面反射镜次镜的实焦点与所述平凸透镜的焦点重合。
5.如权利要求3所述的激光通信系统，其特征在于，所述卡塞格伦系统包括：抛物面反射镜次镜以及抛物面反射镜主镜；
所述抛物面反射镜次镜的虚焦点与所述抛物面反射镜主镜的实焦点重合；
所述抛物面反射镜主镜的通光孔的直径大于所述准直环形光束的直径，以使所述准直环形光束经所述通光孔入射至所述抛物面反射镜次镜。
6.一种激光加工系统，其特征在于，包括如权利要求1-2任意一项所述的准直环形光束产生装置以及透镜；
所述准直环形光束产生装置所生成的准直环形光束水平入射至所述透镜，以使所述透镜对所述准直环形光束进行聚焦。
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