CN217982031U - 一种激光扩束器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光扩束器，包括直角棱镜、斜方棱镜、四分之一波片和二分之一波片，所述的第一侧面外侧镀制有透P偏振光且反S偏振光的分光膜一之后与和斜面胶合连接，所述的四分之一波片粘合于所述的第四侧面外侧；所述的二分之一波片粘合于所述的第三侧面外侧；所述的第二直角面与斜面的夹角为45°。

Description

一种激光扩束器

技术领域

本实用新型涉及一种激光扩束器。

背景技术

通常来说，光束整形器(或者光束转换器)是可以改变光束形状的光学装置，即，改变光束空间性质的光学装置。例如，存在折射和微光学光束整形器，可以将高斯型入射光束整形为平顶光束。随着激光器技术的进步和发展，激光光束整形也得到越来越广泛的应用，例如把高斯光束转换为圆形、矩形或其他各种形状的均匀强度分布，这意味着在更广泛的意义上，强度分布的产生和控制，包括向非均匀光束而非平顶光束的转换，或从非高斯光束的转换。

激光器发出的光束比较分散，为了更好地利用激光束，需要对光束进行整形，当要把一激光点光斑放大，则需要一个合适的激光扩束器，而且有时候又需要扩束后的光斑的偏振态保持不变。

实用新型内容

本实用新型提供激光扩束器，本实用新型提供一种激光扩束器，本实用新型的激光扩束器能将小光斑扩束成大光斑且保持偏振态不变。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种激光扩束器，包括直角棱镜、斜方棱镜、四分之一波片和二分之一波片，

所述的直角棱镜包括第一直角面、第二直角面和连接于第一直角面和第二直角面之间的斜面，

所述的斜方棱镜包括与直角棱镜的斜面重叠设置的第一侧面、与所述的第一侧面平行的第二侧面、与所述的第一直角面设置在同一平面上并连接在第一侧面和第二侧面对应侧边缘之间的第三侧面、以及与所述的第三侧面平行并连接在第一侧面和第二侧面对应侧边缘之间的第四侧面，

所述的第一侧面外侧镀制有透P偏振光且反S偏振光的分光膜一之后与和斜面胶合连接，

所述的四分之一波片粘合于所述的第四侧面外侧；

所述的二分之一波片粘合于所述的第三侧面外侧；

所述的第二直角面与斜面的夹角为45°。

进一步地，所述的第一直角面外侧镀制有增透膜。

进一步地，所述的分光膜一由以下多层膜从第一侧面由里至外依次堆叠而成：第一Ta₂O₅层、第一SiO₂层、第二Ta₂O₅层、第二SiO₂层、第三Ta₂O₅层、第三SiO₂层、第四Ta₂O₅层、第四SiO₂层、第五Ta₂O₅层、第五SiO₂层、第六Ta₂O₅层、第六SiO₂层、第七Ta₂O₅层、第七SiO₂层、第八Ta₂O₅层、第八SiO₂层、第九Ta₂O₅层、第九SiO₂层、第十Ta₂O₅层、第十SiO₂层、第十一Ta₂O₅层；

第一Ta₂O₅层的厚度为59.13-61.55nm；第一SiO₂层的厚度为116.15-120.89nm；第二Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第二SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第三Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第三SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第四Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第四SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第五Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第五SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第六Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第六SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第七Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第七SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第八Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第八SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第九Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第九SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第十Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第十SiO₂层的厚度为116.15-120.89nm；第十一Ta₂O₅层的厚度为59.13-61.55nm。

进一步地，所述的增透膜由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第十二Ta₂O₅层、第十二SiO₂层、第十三Ta₂O₅层和第十三SiO₂层；

所述的第十二Ta₂O₅层的厚度为37.35-38.87nm、第十二SiO₂层的厚度为49.58-51.60nm、第十三Ta₂O₅层的厚度为117.54-122.33nm和第十三SiO₂层的厚度为156.98-163.38nm。

原理如下：

当入射的是线性较好的激光，例如P偏振态的线偏激光入射通过四分之一波片时，P偏振光转化成圆偏振光，然后入射到第一侧面的分光膜上，P偏振光直接透过输出；而S偏振光反射，然后在斜方棱镜的第二侧面全反射后输出，接着经过二分之一波片后转化成P光输出。本实用新型的激光扩束器能将小光斑扩束成大光斑且保持偏振态不变。

较之前的现有技术，本实用新型具有以下有益效果：(1)本实用新型的激光扩束器能将小光斑扩束成大光斑且保持偏振态不变，而且扩束质量好，使用效果佳；(2)本实用新型结构简单，仅由直角棱镜、斜方棱镜和波片构成，容易加工制造，而且能应用于体积小型化的实际应用场合，实现光学系统小型化或微型化。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是实施例1分光膜的光谱曲线；

图3是实施例1增透膜的光谱曲线；

图4是实施例2分光膜的光谱曲线；

图5是实施例2的增透膜的光谱曲线；

图6是实施例3分光膜的光谱曲线；

图7是实施例3的增透膜的光谱曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进一步阐述

实施例1

一种激光扩束器，包括直角棱镜1、斜方棱镜2、四分之一波片3和二分之一波片6，

所述的直角棱镜1包括第一直角面1-1、第二直角面1-2和连接于第一直角面1-1和第二直角面1-2之间的斜面1-3，

所述的斜方棱镜2包括与直角棱镜1的斜面1-3重叠设置的第一侧面2-1、与所述的第一侧面2-1平行的第二侧面2-2、与所述的第一直角面1-1设置在同一平面上并连接在第一侧面2-1和第二侧面2-2对应侧边缘之间的第三侧面2-3、以及与所述的第三侧面2-3平行并连接在第一侧面2-1和第二侧面2-2对应侧边缘之间的第四侧面2-4，

所述的第一侧面2-1外侧镀制有透P偏振光且反S偏振光的分光膜一4之后与和斜面1-3胶合连接，

所述的四分之一波片3粘合于所述的第四侧面2-4外侧；

所述的二分之一波片6粘合于所述的第三侧面2-3外侧；

所述的第二直角面1-2与斜面1-3的夹角为45°。

所述的第一直角面1-1外侧镀制有增透膜5。

所述的分光膜一4由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第一Ta₂O₅层、第一SiO₂层、第二Ta₂O₅层、第二SiO₂层、第三Ta₂O₅层、第三SiO₂层、第四Ta₂O₅层、第四SiO₂层、第五Ta₂O₅层、第五SiO₂层、第六Ta₂O₅层、第六SiO₂层、第七Ta₂O₅层、第七SiO₂层、第八Ta₂O₅层、第八SiO₂层、第九Ta₂O₅层、第九SiO₂层、第十Ta₂O₅层、第十SiO₂层、第十一Ta₂O₅层，

第一Ta₂O₅层的厚度为60.34nm；第一SiO₂层的厚度为118.52nm；第二Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第二SiO₂层的厚度为177.76nm；第三Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第三SiO₂层的厚度为177.76nm；第四Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第四SiO₂层的厚度为177.76nm；第五Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第五SiO₂层的厚度为177.76nm；第六Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第六SiO₂层的厚度为177.76nm；第七Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第七SiO₂层的厚度为177.76nm；第八Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第八SiO₂层的厚度为177.76nm；第九Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第九SiO₂层的厚度为177.76nm；第十Ta₂O₅层的厚度为59.64nm；第十SiO₂层的厚度为118.52nm；第十一Ta₂O₅层的厚度为60.34nm。

所述的增透膜5由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第十二Ta₂O₅层、第十二SiO₂层、第十三Ta₂O₅层和第十三SiO₂层；所述的第十二Ta₂O₅层的厚度为38.11nm、第十二SiO₂层的厚度为50.59nm、第十三Ta₂O₅层的厚度为119.94nm和第十三SiO₂层的厚度为160.18nm。

实施例2

一种激光扩束器，包括直角棱镜1、斜方棱镜2、四分之一波片3和二分之一波片6，

所述的直角棱镜1包括第一直角面1-1、第二直角面1-2和连接于第一直角面1-1和第二直角面1-2之间的斜面1-3，

所述的斜方棱镜2包括与直角棱镜1的斜面1-3重叠设置的第一侧面2-1、与所述的第一侧面2-1平行的第二侧面2-2、与所述的第一直角面1-1设置在同一平面上并连接在第一侧面2-1和第二侧面2-2对应侧边缘之间的第三侧面2-3、以及与所述的第三侧面2-3平行并连接在第一侧面2-1和第二侧面2-2对应侧边缘之间的第四侧面2-4，

所述的第一侧面2-1外侧镀制有透P偏振光且反S偏振光的分光膜一4之后与和斜面1-3胶合连接，

所述的四分之一波片3粘合于所述的第四侧面2-4外侧；

所述的二分之一波片6粘合于所述的第三侧面2-3外侧；

所述的第二直角面1-2与斜面1-3的夹角为45°。

所述的第一直角面1-1外侧镀制有增透膜5。

所述的分光膜一4由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第一Ta₂O₅层、第一SiO₂层、第二Ta₂O₅层、第二SiO₂层、第三Ta₂O₅层、第三SiO₂层、第四Ta₂O₅层、第四SiO₂层、第五Ta₂O₅层、第五SiO₂层、第六Ta₂O₅层、第六SiO₂层、第七Ta₂O₅层、第七SiO₂层、第八Ta₂O₅层、第八SiO₂层、第九Ta₂O₅层、第九SiO₂层、第十Ta₂O₅层、第十SiO₂层、第十一Ta₂O₅层，

第一Ta₂O₅层的厚度为61.55nm；第一SiO₂层的厚度为120.89nm；第二Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第二SiO₂层的厚度为181.31nm；第三Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第三SiO₂层的厚度为181.31nm；第四Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第四SiO₂层的厚度为181.31nm；第五Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第五SiO₂层的厚度为181.31nm；第六Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第六SiO₂层的厚度为181.31nm；第七Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第七SiO₂层的厚度为181.31nm；第八Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第八SiO₂层的厚度为181.31nm；第九Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第九SiO₂层的厚度为181.31nm；第十Ta₂O₅层的厚度为60.83nm；第十SiO₂层的厚度为120.89nm；第十一Ta₂O₅层的厚度为61.55nm。

所述的增透膜5由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第十二Ta₂O₅层、第十二SiO₂层、第十三Ta₂O₅层和第十三SiO₂层；

所述的第十二Ta₂O₅层的厚度为37.35nm、第十二SiO₂层的厚度为49.58nm、第十三Ta₂O₅层的厚度为117.54nm和第十三SiO₂层的厚度为156.98nm。

实施例3

一种激光扩束器，包括直角棱镜1、斜方棱镜2、四分之一波片3和二分之一波片6，

所述的直角棱镜1包括第一直角面1-1、第二直角面1-2和连接于第一直角面1-1和第二直角面1-2之间的斜面1-3，

所述的斜方棱镜2包括与直角棱镜1的斜面1-3重叠设置的第一侧面2-1、与所述的第一侧面2-1平行的第二侧面2-2、与所述的第一直角面1-1设置在同一平面上并连接在第一侧面2-1和第二侧面2-2对应侧边缘之间的第三侧面2-3、以及与所述的第三侧面2-3平行并连接在第一侧面2-1和第二侧面2-2对应侧边缘之间的第四侧面2-4，

所述的第一侧面2-1外侧镀制有透P偏振光且反S偏振光的分光膜一4之后与和斜面1-3胶合连接，

所述的四分之一波片3粘合于所述的第四侧面2-4外侧；

所述的二分之一波片6粘合于所述的第三侧面2-3外侧；

所述的第二直角面1-2与斜面1-3的夹角为45°。

所述的第一直角面1-1外侧镀制有增透膜5。

所述的分光膜一4由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第一Ta₂O₅层、第一SiO₂层、第二Ta₂O₅层、第二SiO₂层、第三Ta₂O₅层、第三SiO₂层、第四Ta₂O₅层、第四SiO₂层、第五Ta₂O₅层、第五SiO₂层、第六Ta₂O₅层、第六SiO₂层、第七Ta₂O₅层、第七SiO₂层、第八Ta₂O₅层、第八SiO₂层、第九Ta₂O₅层、第九SiO₂层、第十Ta₂O₅层、第十SiO₂层、第十一Ta₂O₅层，

第一Ta₂O₅层的厚度为59.13nm；第一SiO₂层的厚度为116.15nm；第二Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第二SiO₂层的厚度为174.20nm；第三Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第三SiO₂层的厚度为174.20nm；第四Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第四SiO₂层的厚度为174.20nm；第五Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第五SiO₂层的厚度为174.20nm；第六Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第六SiO₂层的厚度为174.20nm；第七Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第七SiO₂层的厚度为174.20nm；第八Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第八SiO₂层的厚度为174.20nm；第九Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第九SiO₂层的厚度为174.20nm；第十Ta₂O₅层的厚度为58.45nm；第十SiO₂层的厚度为116.15nm；第十一Ta₂O₅层的厚度为59.13nm。

所述的增透膜5由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第十二Ta₂O₅层、第十二SiO₂层、第十三Ta₂O₅层和第十三SiO₂层；

所述的第十二Ta₂O₅层的厚度为38.87nm、第十二SiO₂层的厚度为51.60nm、第十三Ta₂O₅层的厚度为122.33nm和第十三SiO₂层的厚度为163.38nm。

在以上实施例的半波片和四分之一波片外也可镀增透膜，能提高透过率，减少能量损伤。

以上实施例选用的N＝1.52的K 9玻璃作为棱镜基板材料；先加工出一直角棱镜和一斜方棱镜，在斜方棱镜的第一侧面2-1镀上分光膜一，分光膜一的指标Tp>99％@650+/-20nm，Rs>99％@650+/-20nm，AOI＝45度对玻璃入射，所述的二分之波片为双折射晶体材料石英晶体制成的厚度为0.15mm的二分之波片，相位延迟精度满足±3％＠905±20nm，增透膜的AR＠905±20nm，AR膜指标R<0.1％@905±20nm，AOI＝0度(对空气入射)。所述的四分之一波片为双折射晶体材料石英晶体制成的厚度为0.126mm的四分之波片，相位延迟精度满足λ/200＠905+/-20nm，增透膜的指标R<0.1％@650+/-20nm AOI＝0度(对空气入射)。其中Ta₂O₅为高折射率膜层(N＝2.15)，SiO₂为低折射率膜层(N＝1.46)。上述实施例最终形成一个针对650nm激光的扩束束器，将小光斑扩束成大光斑，保偏且保证能量损失很小。

本实用新型不仅限于上述实施例，凡是依据本实用新型所作出的简单替换均在本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光扩束器，其特征在于：包括直角棱镜(1)、斜方棱镜(2)、四分之一波片(3)和二分之一波片(6)，

所述的直角棱镜(1)包括第一直角面(1-1)、第二直角面(1-2)和连接于第一直角面(1-1)和第二直角面(1-2)之间的斜面(1-3)，

所述的斜方棱镜(2)包括与直角棱镜(1)的斜面(1-3)重叠设置的第一侧面(2-1)、与所述的第一侧面(2-1)平行的第二侧面(2-2)、与所述的第一直角面(1-1)设置在同一平面上并连接在第一侧面(2-1)和第二侧面(2-2)对应侧边缘之间的第三侧面(2-3)、以及与所述的第三侧面(2-3)平行并连接在第一侧面(2-1)和第二侧面(2-2)对应侧边缘之间的第四侧面(2-4)，

所述的第一侧面(2-1)外侧镀制有透P偏振光且反S偏振光的分光膜一(4)之后与和斜面(1-3)胶合连接，

所述的四分之一波片(3)粘合于所述的第四侧面(2-4)外侧；

所述的二分之一波片(6)粘合于所述的第三侧面(2-3)外侧；

所述的第二直角面(1-2)与斜面(1-3)的夹角为45°。

2.根据权利要求1所述的一种激光扩束器，其特征在于：所述的第一直角面(1-1)外侧镀制有增透膜(5)。

3.根据权利要求1所述的一种激光扩束器，其特征在于：所述的分光膜一(4)由以下多层膜从第一侧面(2-1)由里至外依次堆叠而成：第一Ta₂O₅层、第一SiO₂层、第二Ta₂O₅层、第二SiO₂层、第三Ta₂O₅层、第三SiO₂层、第四Ta₂O₅层、第四SiO₂层、第五Ta₂O₅层、第五SiO₂层、第六Ta₂O₅层、第六SiO₂层、第七Ta₂O₅层、第七SiO₂层、第八Ta₂O₅层、第八SiO₂层、第九Ta₂O₅层、第九SiO₂层、第十Ta₂O₅层、第十SiO₂层、第十一Ta₂O₅层；

第一Ta₂O₅层的厚度为59.13-61.55nm；第一SiO₂层的厚度为116.15-120.89nm；第二Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第二SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第三Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第三SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第四Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第四SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第五Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第五SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第六Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第六SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第七Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第七SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第八Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第八SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第九Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第九SiO₂层的厚度为174.20-181.31nm；第十Ta₂O₅层的厚度为58.45-60.83nm；第十SiO₂层的厚度为116.15-120.89nm；第十一Ta₂O₅层的厚度为59.13-61.55nm。

4.根据权利要求2所述的一种激光扩束器，其特征在于：所述的增透膜(5)由以下多层膜从里至外依次堆叠而成：第十二Ta₂O₅层、第十二SiO₂层、第十三Ta₂O₅层和第十三SiO₂层；

所述的第十二Ta₂O₅层的厚度为37.35-38.87nm、第十二SiO₂层的厚度为49.58-51.60nm、第十三Ta₂O₅层的厚度为117.54-122.33nm和第十三SiO₂层的厚度为156.98-163.38nm。

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