CN2499860Y - 线形光束的折射法整形器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种线形光束的折射法整形器,以对二极管激光器等线状发光器的光束整形,改善其聚焦,耦合性能及改变光束形状、分布的应用。本实用新型所称的整形器由在被整形线光源输出的线形光束传播方向上,依次设置作为整形关键的部件的两个互相垂直的,分别由M片光学玻璃板片紧密排列构成的功能模块和整形后的光束组成。该整型器设计新颖、结构紧凑、可实现模块化、小型化、整形效率比现有技术有很大提高。

Description

线形光束的折射法整形器

                     技术领域

本实用新型涉及三极管激光器等线状发光器的光束整形，改善其聚焦，耦合性能及改变光束形状，分布的应用，特别涉及一种线形光束的折射法整形器。

                     背景技术

众所周知，二级管激光器的应用，目前主要有两大用途：其一，直接当激光源使用，如在光纤通讯，照明和材料加工等；其二，作为固体激光器的泵浦源。无论哪种应用，光束都必须经过准直、整形、聚焦等手段的处理。由于激光二极管的结构特点，使得其光束在两个方向的聚焦性能相差很大。目前大多采用两步反射的方法，即“梯形镜”法，把准直之后的线形光束截成若干节，重新排列，以达到改善其聚焦性能的目的。

图1所示为一般的准直后的激光二极管的输出光束形状，1为线陈二极管激光器，2为准直模块，3为准直后的光束。可见，准直之后的光束形状一般是线形。图2所示为一般的整形的技术路线：第一步，先把线形光束4截成相互有一定位移的多个节5，光束5的节数和位移量根据具体需要而设定，称为第一次重排；第二步，对光束5进行第二次重排，使光束5的各个节在另一方向上产生不同的位移量，形成具有一定形状的如图2所示的方形光束6，亦可以形成圆形，椭圆形或其它预先设计的图形光束6。目前普遍采用的典型实现装置为二次反射的梯形反射法，如图3所示。图3中7为线形光束，8为梯形反射镜，9为整形后的光束分布。

上述整形方法及其整形装置，虽然可以将准直后的光束，经整形后能移获得具有一定形状，如方形光束，但是，由于整形装置结构较复杂，不利于小型化，此外，每经一次反射都要损失一定光能量，因而致使整形后的效率受到无法克服的限制。

                         发明内容

本实用新型的目的是提供一种线形光束的折射法整形器，弥补上述现有技术的不足，使其线形光束经本实用新型的整形器整形后，变成一定形状、分布均匀、效果理想，并能改善聚焦性能的光束。

本实用新型所称的线形光束的折射法整形器的技术方案是这样实现的：它由在被整形线光源输出的线形光束10传播方向上，依次设置的透明介质11和透明介质12和整形后光束13组成。其特征是：作为整形关键部件的透明介质11和12是分别由M片光学玻璃板片14和15紧密排列，而板片14板片15之间各自有一定倾角所构成的功能模块11和12，功能模块11和功能模块12之间互相垂直。光束10的传播方向与功能模块11的中心轴向一致，经整形后的光束13变成一定形状的光束13。

根据折射原理，当光束以一定的角度入射到透明介质(如玻璃等)中，方向将发生改变。如果此介质为平行介质，光束穿过后传播方向不变，但在入射面内位置将发生移动，如图4所示。图中10为光束，14和15为光学玻璃板片，α1和α2分别为二个入射角，L1和L2分别为板片14和板片15的长度，d1和d2分别为二次重排的位移量。不同的光束移动量可以通过不同的入射角和介质长度来控制。即 ，其中d为移动量，n为介质的折射率，α为入射角，L为介质的长度。当α为负数时，表示介质向另一个方向倾斜，这时的移动量为负数，表示光束向另一方向移动。由此可见，要改变光束的移动量，可以在介质长度L一定情况下，改变入射角α，也可以在入射角α保持一定但不为0°的条件下，使用不同的介质长度L，或者两者结合来控制光束的移动量，从而达到数线形光束经整形变成一定形状如图形椭圆形或方形或分布的光束。

按照上述折射原理，本实用新型所称的整形器中，构成透明介质(或功能模块)11和12的光学玻璃板片14和15的片数M等于光束10截成的节数，光束10的节数由被整形光束10的需要来确定，板片14每片厚度分别对应于每节光束10和光束16的长度，而构成功能模块11的板片14的每片厚度，可以相等，也可以不相等根据光束10每节长度来确定，构成功能模块12的板片15的厚度，对应于第一次重排后两相邻两节光束16的间距，每片可以相等，也可以不相等；板片14的倾角等于对应的每片光束10的入射角；板片15的倾角等于对应的每节光束16的入射角，此时板片14和板片15的长度保持一定。当当产生未移的板片14、板片15的倾角保持一定但不为0°时，其每片板片14和板片15的长度分别由对应的每节光束10和每节光束16的位移量来确定。光束10通过功能模块11和功能模块12的折射成为一定形状(如方形或圆形或椭圆形)和分布的光束13。

本实用新型所称的线形光束的折射法整形器，设计新颖、结构紧凑、模块化，避免了用反射带来的光能量损失，整形效率比现有技术有很大提高。

                        附图说明

图1：线阵二极管激光阵列输出光束的准直光路示意图；

图2：线形光束整形常用技术路线示意图；

图3：梯形反射镜法光束整形装置示意图；

图4：折射法实现第一次重排光束移动的原理图；

图5：折射法实现第二次重排光束移动的原理图；

图6：线形光束的折射法整形器示意图。

                      具体实施方式

本实用新型所称的整形器具体实施方式结合附图4和5详细叙述如下：根据折射原理及其计算方式即

实施例1：设线形光束10的长度为20mm，将光束10截成5节，排列成为4×4mm的分布，5光节束10经功能模块11实现第一次重排，在一个方向上的移动量d，分别设计为2mm，1mm、0mm、-1mm和-2mm。5节光束16经功能模块12实现第二次重排，在另一方向上移动量d₂分别设计为8mm、4mm、0mm、-4mm和-8mm。假设第一个功能模块11使用板片14(一般玻璃片其折射率为1.5)长度为10mm，则需要厚度为5mm的板片14五片，所需各板片14的倾角分别为30.7°、16.6°、0°、-16.6°和-30.7°。在第二块功能模块12中，需要使用玻璃片15的厚度均为1mm，长度为40mm片数为五片，各玻璃片15的倾角与第一块功能模块11中的玻璃14的倾角相同，即分别为30.7°、16.6°、0°、-16.6°和30.7°。光束10经功能模块11和功能模块12先后两次重排之后，被整形为聚焦性能大为改善的分布和预期形状的光束13。

实施例2：实施例2：设线形光束10的长度为20mm，将光束10截成五节，排列成半径2.5mm的园形分布光束13。五节光束10的长度分别为3.0mm、4.5mm、5.0mm、4.5mm和3.0mm，五节光束10在一个方向上的移动量分别设计为2mm、1mm、0mm、-1mm和-2mm，在另一个方向上的移动量分别设计为8.5mm、4.75mm、0mm、-4.75mm和-8.5mm。若以两步重排实现的话，假设第一个功能模块11使用板片(玻璃片)14为五块，每块长度均为10mm，则需要每块板片14的厚度分别为3.0mm、4.5mm、5.0mm、4.5mm和3.0mm，板片14与板片14之间所需倾角分别为30.7°、16.6°、0°、-16.6°和-30.7°。要实现第二次重排，在第二个功能模块12中，需要使用板片15的厚度为1mm，长度为40mm，共五块，板片15各块之间的倾角分别为32.4°、19.5°、0°、-19.5°和-32.4°。这样光束10经功能模块11和功能模块12两次重排后，可以得到半径为2.5mm的园形分布光束13。

Claims (5)

1、一种线形光束的折射法整形器，由在被整形线光源输出的线形光束(10)传播方向上，依次设置的透明介质(11)、(12)和整形后光束(13)组成，其特征在于，作为整形关键部件的透明介质(11)和(12)是分别由M片光学玻璃板片(14)和(15)紧密排列且板片(14)与板片(15)之间各自有一定倾角α1和α2所构成的功能模块(11)和(12)，功能模块(11)和功能模块(12)之间互相垂直；光束(10)的传播方向与功能模块(11)的中心轴向一致，经整形后的光束(13)变成一定的形状的光束(13)。

2、根据权利要求1所述的线形光束的折射法整形器，其特征在于构成功能模块(11)的光学玻璃板片(14)的片数M等于光束(10)分截的节数，每片板片(14)的厚度对应于每节光束(10)的厚度，板片(14)每片厚度可以相等也可以不相等；构成功能模块(12)的光学玻璃经(15)的片数M等于光束(16)截成的节数，板片(15)每片的厚度对应于第一次重排后相邻两节光束(16)的间距，板片(15)每片厚度可以相等，也可以不相等。

3、根据权利要求1或2所述的整形器，其特征在于板片(14)的倾角等于对对应每节光束(10)的入射角，板片(15)的倾角等于对应的每节光束(16)的入射角，板片(14)和(15)的长度保持一定。

4、根据权利要求1或2所述的线形光束的折射法整形器，其特征在于：产生位移的板片(14)、板片(15)的倾角一定但不为0°，其每片板片(14)和板片(15)的长度分别由对应的每节光束(10)和每节光束(16)的位移量来确定。

5、根据权利要求1所述的线形光束的折射法整形器，其特征在于光束(10)通过功能模块(11)和功能模块(12)的折射成为方形，或者圆形，或者椭圆形形状的光束(13)。

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