雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置的製作方法

2023-05-18 05:47:11

專利名稱：雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光束整形，特別是一種雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置。
背景技術：
十字線光束在雷射測量、定位，舞檯燈光演示等方面都有應用。傳統的十字線光束 是用雷射十字線透鏡來將圓光束變換成十字線光束。其原理是通過在一圓鏡片上並列很 多微柱透鏡。其中圓鏡片上的一半水平並列微柱透鏡，用 以產生水平一字線光束；另一半垂 直並列微柱透鏡，用以產生垂直一字線光束，這樣合在一起就產生了十字線光束。此方法只 是簡單地將一束圓光束機械地分成二個半圓的光束，再用正交的微柱透鏡分別對每個半圓 形的光進行一字線擴束，因此十字線光束的均勻性不好，質量也容易有比較大的差別；又由 於微柱透鏡之間總是有間隙的，因此該方法光束利用率不高；另外，微柱透鏡的加工難度高 且位置裝調的精度要求也很高。這種十字線透鏡現在已經通過模壓光學塑料技術批量生產 了，一般僅應用於小功率的半導體雷射器。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種雷射線偏振光 束變換成十字線光束的裝置，以獲得具有二光束正交、光束均勻性好、光束質量完全一致和 光束利用率為100%的十字線光束。本發明的技術解決方案是一種雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置，其特點在於該裝置的構成是沿 光束的前進方向依次是四分之一波片、第一偏振分光稜鏡、水平放置的第一柱透鏡、第二偏 振分光稜鏡，在所述的第一偏振分光稜鏡的反射光束的前進方向設置第一轉折鏡、垂直放 置的第二柱透鏡、第二轉折鏡，入射的線偏振光束經所述的四分之一波片後變成圓偏振光， 該圓偏振光經第一偏振分光稜鏡被分成偏振方向正交的水平透射P波及垂直反射的S波， 所述的水平透射P波經所述的第一柱透鏡變成水平的「一」線狀光束並透過所述的第二偏 振分光稜鏡，所述的垂直反射的s波經所述的第一轉折鏡反射後進入所述的第二柱透鏡變 成垂直的「 I 」線狀光束，經第二轉折鏡反射後進入所述的第二偏振分光稜鏡，在所述的第二 偏振分光稜鏡的分光面反射上，所述的垂直的「 I 」線狀光束與所述的水平的「 一」線狀光束 合束形成十字線光束輸出。所述的四分之一波片、第一偏振分光稜鏡、第一柱透鏡、第二偏振分光稜鏡和第二 柱透鏡的入射面和出射面均鍍有所用雷射波長的增透膜，所述的第一轉折鏡和第二轉折鏡 的反射面鍍有所用雷射波長的高反射膜。所述的柱透鏡的凹面曲率由十字線光束的發散度要求來確實。本發明與現有技術相比有如下優點傳統的十字線光束是用雷射十字線透鏡採用機械方法分割來將圓光束變換成十 字線光束的方法，十字線光束均勻性不好、光束質量不一致，光束利用率不高，微柱透鏡的加工難度高且位置裝調的精度要求很高；而本發明雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置是通過物理光學分光波偏振方向的方法將一束光分成兩偏振方向正交的圓光束，再通過 柱透鏡一字線擴束、轉折鏡及偏振分光稜鏡合成十字線光束輸出，二束正交線光束均勻性 好、光束質量完全一致，其光束利用率為100 %，元器件裝調容易。


圖1為本發明雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。先請參閱圖1，圖1為本發明雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置實施例的 結構示意圖。由圖可見，本發明雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置的構成是沿光束 的前進方向依次是四分之一波片1、第一偏振分光稜鏡2、水平放置的第一柱透鏡3、第二偏 振分光稜鏡4，在所述的第一偏振分光稜鏡2的反射光束的前進方向設置第一轉折鏡5、垂 直放置的第二柱透鏡6、第二轉折鏡7，入射的線偏振光束經所述的四分之一波片1後變成 圓偏振光，該圓偏振光經第一偏振分光稜鏡2被分成偏振方向正交的水平透射ρ波及垂直 反射的s波，所述的水平透射ρ波經所述的第一柱透鏡3變成水平的「一」線狀光束並透過 所述的第二偏振分光稜鏡4，所述的垂直反射的s波經所述的第一轉折鏡5反射後進入所述 的第二柱透鏡6變成垂直的「 I，，線狀光束，經第二轉折鏡7反射後進入所述的第二偏振分 光稜鏡4，在所述的第二偏振分光稜鏡4的分光面反射上，所述的垂直的「 I 」線狀光束與所 述的水平的「一」線狀光束合束形成十字線光束輸出。所述的四分之一波片1、第一偏振分光稜鏡2、第一柱透鏡3、第二偏振分光稜鏡4 和第二柱透鏡6的入射面和出射面均鍍有所用雷射波長的增透膜，所述的第一轉折鏡5和 第二轉折鏡7的反射面鍍有所用雷射波長的高反射膜。如圖1所示，雷射線偏振光先通過四分之一波片1。由物理光學我們知道如果四分之一波片產生的光程差Δ = |n0_ne|d = (m+1/4) λ式中m為整數，當入射線偏振光的光矢量的與四分之一波片的快軸或慢軸成 士45°時，通過四分一波片後得到的是圓偏振光。所以，第一步要將四分之一波片1的快軸或慢軸調成與入射線偏振光的光矢量成 士45°，以此得到所需的圓偏振光。該圓偏振光通過第一偏振分光稜鏡2將其分成水平透射ρ波及垂直反射的s波。 水平透射P波經過水平放置的第一柱透鏡3轉變成水平一字線光束輸出，垂直反射的s波 則經過第一轉折鏡5及垂直放置的第二柱透鏡6轉變成垂直一字線光束輸出。其中第二 偏振分光稜鏡4的45°分光面必須鍍對ρ波高透，對s波高反的偏振分光膜；第一柱透鏡 3和第二柱透鏡4的方向，誰水平誰垂直關係不大，但兩者必須是正交放置；另外，一字線光 束的發散度θ由柱透鏡凹面的曲率R來近似決定θ = 2*arc sin(l/R)
水平一字線光束和垂直一字線光束再經過第二轉折鏡7及第二偏振分光稜鏡4合 成同光路輸出，這樣就得到了十字線光束輸出。
權利要求
一種雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置，其特徵在於該裝置的構成是沿光束的前進方向依次是四分之一波片(1)、第一偏振分光稜鏡(2)、水平放置的第一柱透鏡(3)、第二偏振分光稜鏡(4)，在所述的第一偏振分光稜鏡(2)的反射光束的前進方向設置第一轉折鏡(5)、垂直放置的第二柱透鏡(6)、第二轉折鏡(7)，入射的線偏振光束經所述的四分之一波片(1)後變成圓偏振光，該圓偏振光經第一偏振分光稜鏡(2)被分成偏振方向正交的水平透射p波及垂直反射的s波，所述的水平透射p波經所述的第一柱透鏡(3)變成水平的「—」線狀光束並透過所述的第二偏振分光稜鏡(4)，所述的垂直反射的s波經所述的第一轉折鏡(5)反射後進入所述的第二柱透鏡(6)變成垂直的「|」線狀光束，經第二轉折鏡(7)反射後進入所述的第二偏振分光稜鏡(4)，在所述的第二偏振分光稜鏡(4)的分光面反射上，所述的垂直的「|」線狀光束與所述的水平的「—」線狀光束合束形成十字線光束輸出。
2.根據權利要求1所述的雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置，其特徵在於所述 的四分之一波片(1)、第一偏振分光稜鏡(2)、第一柱透鏡(3)、第二偏振分光稜鏡(4)和第 二柱透鏡(6)的入射面和出射面均鍍有所用雷射波長的增透膜，所述的第一轉折鏡(5)和 第二轉折鏡(7)的反射面鍍有所用雷射波長的高反射膜。
全文摘要
一種雷射線偏振光束變換成十字線光束的裝置，該裝置的構成是沿光束的前進方向依次是四分之一波片、第一偏振分光稜鏡、水平放置的第一柱透鏡、第二偏振分光稜鏡，在所述的第一偏振分光稜鏡的反射光束的前進方向設置第一轉折鏡、垂直放置的第二柱透鏡、第二轉折鏡。本發明能夠將雷射器發出的線偏振光束變換成正交的十字線光束。而且具有二束正交線光束均勻性好、光束質量完全一致、光束利用率為100％和元器件裝調容易的特點。
文檔編號G02B27/09GK101833169SQ20101014811
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者周田華, 夏文兵, 陳衛標 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所