CN216052461U - 一种光学准直系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学准直系统，包括依次设置的半导体激光器、凸透镜和凹透镜，凸透镜、凹透镜和半导体激光器发射的激光束的中心均在同一光轴上，其中在快轴方向，半导体激光器发射的激光束的束腰位置与凸透镜的焦点位置重合，因此凸透镜的设置可以对半导体激光器发射的激光束在快轴方向进行汇聚和准直；在慢轴方向，半导体激光器发射的激光束的束腰位置与凸透镜的焦点位置分离，且激光束的束腰位置与凸透镜之间在快轴方向的距离小于在慢轴方向的距离。因此凸透镜的设置能够对半导体激光器发射的激光束在慢轴方向进行汇聚。该系统对激光束在快轴方向和慢轴方向均被准直的同时，还对慢轴方向的光束口径起到压缩作用。

Description

一种光学准直系统

技术领域

本实用新型涉及光学系统设计技术领域，特别涉及一种光学准直系统。

背景技术

半导体激光器又称为激光二极管，具有使用寿命长，体积小，成本低，重量轻，能量转换效率高，覆盖波长范围广等优点，被广泛应用在激光校准，机器视觉，工业加工，医疗检测等领域，其中准直光束在这些领域占据重要位置。由于半导体激光器的有源宽度远大于厚度，导致在平行于结平面和垂直于结平面上的发散角极不对称，远场呈现狭长的椭圆光斑，并且带有初始像散，光束质量差。半导体激光器单个发光源在快轴方向的发散角一般为30°～40°，在慢轴方向的发散角一般为5°～10°，为方便使用，需要对快慢轴进行准直。

当前，一般通过设置单个透镜的方式进行准直，但是由于固有像散Δx的存在，快轴和慢轴无法做到同时准直，从而导致部分应用场景使用不便，另外，出光口径无法得到有效压缩，在与后端光学系统匹配的过程中会造成光能的损耗，降低了光能的利用率。

因此，如何既能实现激光束在快轴方向和慢轴方向的同时准直，还能够有效压缩出光口径，从而扩大应用场景，提高光能密度和利用率是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光学准直系统，既既能实现激光束在快轴方向和慢轴方向的同时准直，还能够有效压缩出光口径，从而扩大应用场景，提高光能密度和利用率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种光学准直系统，包括依次设置的半导体激光器、凸透镜和凹透镜，所述凸透镜、所述凹透镜和所述半导体激光器发射的激光束的中心均在同一光轴上；

在快轴方向，所述半导体激光器发射的激光束的束腰位置与所述凸透镜的焦点位置重合，所述凸透镜能够对所述激光束进行汇聚和准直；

在慢轴方向，所述半导体激光器发射的激光束的束腰位置与所述凸透镜的焦点位置分离，所述凸透镜能够对所述激光束进行汇聚，所述凹透镜能够对所述激光束进行准直；

所述激光束的束腰位置与所述凸透镜之间在所述快轴方向的距离小于在所述慢轴方向的距离。

优选的，所述半导体激光器为单模激光器，或为多模激光器。

优选的，所述凸透镜为任意旋转对称面型的凸透镜。

优选的，所述凸透镜为双凸透镜，或平凸透镜，或凹凸透镜。

优选的，所述凹透镜为任意面型的凹面柱镜。

优选的，所述凹面柱镜为双凹面柱镜，或平凹面柱镜，或凸凹面柱镜。

由以上技术方案可以看出，本实用新型实施例所公开的光学准直系统，包括依次设置的半导体激光器、凸透镜和凹透镜，凸透镜、凹透镜和半导体激光器发射的激光束的中心均在同一光轴上，其中在快轴方向，半导体激光器发射的激光束的束腰位置与凸透镜的焦点位置重合，因此凸透镜的设置可以对半导体激光器发射的激光束在快轴方向进行汇聚和准直；在慢轴方向，半导体激光器发射的激光束的束腰位置与凸透镜的焦点位置分离，且激光束的束腰位置与凸透镜之间在快轴方向距离小于在慢轴方向的距离。因此凸透镜的设置能够对半导体激光器发射的激光束在慢轴方向进行汇聚。而凹透镜的设置对快轴方向已经准直的激光束不起偏转作用，而对慢轴方向汇聚的激光束可以进行准直。因此，凸透镜和凹透镜的同时设置使得半导体激光器发射的分散激光束在快轴方向和慢轴方向均被准直的同时，还对慢轴方向的光束口径起到了压缩的作用，从而扩大了应用场景，提高了光能密度和光能的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所公开的像散特性在快轴方向的原理示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的像散特性在慢轴方向的原理示意图；

图3为本实用新型实施例所公开的光学准直系统在快轴方向的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所公开的光学准直系统在慢轴方向的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所公开的半导体激光器的激光束经过凸透镜后所形成的光斑的结构示意图。

其中，各部件名称如下：

100为半导体激光器，101为快轴方向，102为慢轴方向，200为凸透镜，300为凹透镜。

具体实施方式

有鉴于此，本实用新型的核心在于提供一种光学准直系统，既能实现快轴和慢轴的同时准直，还能够有效压缩出光口径，从而扩大应用场景，提高光能密度和利用率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面接合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，请参考图1至图5。

请参考图1至图2，图1为本实用新型实施例所公开的基于半导体激光器像散特性在快轴方向的原理图，图2为本实用新型实施例所公开的基于半导体激光器像散特性在慢轴方向的原理图。由于半导体激光器100输出的激光束在快轴方向101和慢轴方向102有不同的发散角，且两个方向的束腰也不在同一个位置上，导致光强分布不均匀，远场呈现狭长的椭圆光斑，光束质量差，因此必须经过激光整形才能实际应用。

请参考图3至图4，图3为本实用新型实施例所公开的光学准直系统在快轴方向的结构示意图，图4为本实用新型实施例所公开的光学准直系统在慢轴方向的结构示意图。

本实用新型实施例所公开的光学准直系统，包括依次设置的半导体激光器100、凸透镜200和凹透镜300，凸透镜200、凹透镜300和半导体激光器100发射的激光束的中心均在同一光轴上，其中在快轴方向101，半导体激光器100发射的激光束的束腰位置与凸透镜200的焦点位置重合，因此凸透镜200的设置可以对半导体激光器100发射的激光束在快轴方向101进行汇聚和准直；在慢轴方向102，半导体激光器100发射的激光束的束腰位置与凸透镜200的焦点位置分离，且激光束的束腰位置与凸透镜200之间在快轴方向101的距离小于在慢轴方向102的距离。因此，凸透镜200的设置能够对半导体激光器100发射的激光束在慢轴方向102进行汇聚。而凹透镜300的设置对快轴方向101已经准直的激光束不起偏转作用，而对慢轴方向102汇聚的激光束可以进行准直。因此，凸透镜200和凹透镜300的同时设置使得半导体激光器100发射的分散激光束在快轴方向101和慢轴方向102均被准直的同时，还对慢轴方向102的光束口径起到了压缩的作用，从而扩大了应用场景，提高了光能密度和光能的利用率

需要说明的是，本实用新型实施例所公开的OX方向为快轴方向，OY方向为慢轴方向，OZ方向为光轴方向，其中OX方向，OY方向和OZ方向两两垂直。

请参考图5，半导体激光束在快轴方向101和慢轴方向102存在固有像散Δx，半导体激光器100发射的激光束经过凸透镜200后，在快轴方向101呈准直状态，而慢轴方向102由于汇聚作用，在远场时由汇聚变为发散，因此，光斑整体在慢轴方向102比快轴方向101要宽，因此根据该性质，对凸透镜200的调节方式为：将半导体激光器100在快轴方向101的束腰位置与凸透镜200的焦点位置重合，此时远场光束呈现细线且为最细状态；对凹透镜300的调节方式为：将凹透镜300的中线与远场光束细线保持平行，根据系统要求固定凸透镜200和凹透镜300的相对距离，即完成调节。

需要说明的是，本实用新型实施例所公开的半导体激光器100可以为单模激光器，也可以为多模激光器，只要满足本实用新型实施例使用要求的结构均在本实用新型的保护范围之内。

当然，本实用新型实施例对凸透镜200的具体结构不进行限定，只要满足本实用新型实施例使用要求的结构均在本实用新型的保护范围之内。

为了进一步优化上述实施例，本实用新型实施例所公开的凸透镜200优选为任意旋转对称面型的凸透镜200。

更为优选的，本实用新型实施例所公开的任意旋转对称面型的凸透镜200可以为双凸透镜，可以为平凸透镜，也可以为凹凸透镜，只要满足本实用新型实施例使用要求的结构均在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型实施例对凹透镜300的具体结构不进行限定，只要满足本实用新型实施例使用要求的结构均在本实用新型的保护范围之内。

为了进一步优化上述实施例，本实用新型实施例所公开的凹透镜300优选为任意面型的凹面柱镜。

更为优选的，本实用新型实施例所公开的任意面型的凹面柱镜可以为双凹面柱镜，可以为平凹面柱镜，也可以为凸凹面柱镜，只要满足本实用新型实施例使用要求的结构均在本实用新型的保护范围之内。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种光学准直系统，其特征在于，包括依次设置的半导体激光器、凸透镜和凹透镜，所述凸透镜、所述凹透镜和所述半导体激光器发射的激光束的中心均在同一光轴上；

在快轴方向，所述半导体激光器发射的激光束的束腰位置与所述凸透镜的焦点位置重合，所述凸透镜能够对所述激光束进行汇聚和准直；

在慢轴方向，所述半导体激光器发射的激光束的束腰位置与所述凸透镜的焦点位置分离，所述凸透镜能够对所述激光束进行汇聚，所述凹透镜能够对所述激光束进行准直；

所述激光束的束腰位置与所述凸透镜之间在所述快轴方向的距离小于在所述慢轴方向的距离。

2.根据权利要求1所述的光学准直系统，其特征在于，所述半导体激光器为单模激光器，或为多模激光器。

3.根据权利要求1所述的光学准直系统，其特征在于，所述凸透镜为任意旋转对称面型的凸透镜。

4.根据权利要求3所述的光学准直系统，其特征在于，所述凸透镜为双凸透镜，或平凸透镜，或凹凸透镜。

5.根据权利要求1所述的光学准直系统，其特征在于，所述凹透镜为任意面型的凹面柱镜。

6.根据权利要求5所述的光学准直系统，其特征在于，所述凹面柱镜为双凹面柱镜，或平凹面柱镜，或凸凹面柱镜。

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