鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統的製作方法
2023-04-28 04:36:26 2
專利名稱：鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統。
背景技術：
目前綜合國內外對雷射器光束準直方法的報導，可歸納為①單透鏡法 』②組 合透鏡法；③漸變折射率透鏡法；④液體透鏡法；⑤反射法；⑥衍射法等。本專利是兼 顧結構複雜程度和準直能力，設計一組結構簡單且準直效果較好的光學系統。由於單透鏡法準直效果差，而第3 6種方法結構過於複雜，相比較而言組合透鏡 法既可以保證一定精度的準直效果，同時又避免過於複雜的結構.所以採用組合透鏡法，最 終設計出組合透鏡準直系統。倒置望遠鏡系統作為一種傳統的雷射準直系統，應用於準直氣體雷射(He-Ne激 光器)光束確實是有效的，但對於鈦寶石可調諧雷射器則不能採用。因為雷射器發散角較 大，在實際應用中對準直度要求又很高，將直接導致光學系統的某些結構參數過大，甚至不 切實際。因此，該雷射器光束準直系統不能採用傳統的倒置望遠鏡系統。經典PW法設計的 兩組三片式雷射器光束準直系統雖可以採用。然而，鈦寶石可調諧雷射器從結構上來說，相 當於一個矩形波導式的諧振腔，光束的發散角較大，且發射的光波為非球面波，與此非球面 波相垂直的分別位於子午和弧矢平面內的光束不交於一點，導致發散角不對稱，所以該激 光器出射的光束是非軸對稱的橢圓光束，若經球面光學系統之後，在像空間仍為非對稱光 束，變化的只是光束的發散角，這對於準直整形光斑是很不利的。從理論上講，只有採用非 軸對稱的柱面透鏡組系統才能使其轉變成軸對稱光束。
發明內容
本發明的目的是提供一種鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，解決目前激 光器出射光束弧失和子午兩個方向發散角不同，導致的光斑呈橢圓狀且發散角過大的現 狀，而這樣的光束不利於後續光路(光束進入懷特池)的處理。本發明的技術方案如下一種鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，包括有鈦寶石雷射器，其特徵在於所 述鈦寶石雷射器出光口的前方依次設有一個橫向放置的柱面鏡和一個豎向放置的柱面鏡， 每一個柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個柱面鏡的光軸相互垂直，二個柱面鏡 中為平面的鏡面分別朝向所述的鈦寶石雷射器；所述二個柱面鏡的後續光路上依次設有反 射鏡組和懷特池，鈦寶石雷射器的出射光經二個柱面鏡準直、整形後形成圓形的光斑，再經 反射鏡組反射後導入懷特池進行多次反射。所述的鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，其特徵在於所述鈦寶石雷射器 的波長是308nm。所述的鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，其特徵在於所述二個柱面鏡的 鏡面均為橢球面，二個柱面鏡的材質均為熔融石英。3
本發明採用相互垂直的橢圓截面柱透鏡組分別對雷射器出射光斑兩個方向進行 準直，並讓兩個橢圓柱面鏡的間距取合適的值，最後可在遠場形成圓形光斑，垂直於結平面 方向上的光束經第一個柱透鏡後變成平行光，第二個柱透鏡可看作平板玻璃，不會改變發 散角。而平行於結平面方向上的光束經第一個柱透鏡時，光束僅發生偏移，發散角不會改 變，然後經過第二個柱透鏡後發散角得到大大壓縮。通過計算可以得出雷射束在兩個方向上通過兩塊柱透鏡的準直結果，由於雷射器 光源的光束經過柱透鏡組後不可能讓每一條光線(平行主光軸光線除外)都平行於光軸(即 發散角為零)，曲面始終存在像差，故雷射束經過光學系統準直後，不同角度的準直結果也 不一樣。為了儘可能讓所有發散角的光束，經過系統準直後都儘可能小，需要對柱透鏡進行 優化。為有效的校正球差和某些軸外像差，系統中兩柱面鏡均採用橢球面面形，適當調整兩 鏡之間距離即可在遠場形成圓形光斑，從而提高出射光束的準直效果，改善光束質量。本發明的主要特點如下(1)、採用橢圓柱透鏡組對弧失和子午兩方向的發散角分別進行準直，可以產生較好的 準直效果以及形成較好的光束質量；(2)、兩柱面鏡的一面都採用了橢球面面型，在更好控制像差的同時也提高了光束的準 直效果；(3 )、根據雷射器波長(308nm)，柱面透鏡材料選用熔融石英(JGS1)。本發明的有益效果本發明利用互相垂直放置的橢球截面柱面鏡組，對鈦寶石可調諧雷射器的出射光斑進 行準直、整形，使其在遠場形成圓形光斑，從而達到了提高光束質量的目的。
圖1為本發明鈦寶石可調諧雷射器光束準直導入光學系統圖。圖2為本發明互相垂直放置的柱面透鏡組準直光路圖。
具體實施例方式參見圖1、2，一種鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，包括有鈦寶石雷射器 3，鈦寶石雷射器3出光口的前方依次設有一個橫向放置的柱面鏡1和一個豎向放置的柱面 鏡2，每一個柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個柱面鏡1、2的光軸相互垂直，二 個柱面鏡1、2中為平面的鏡面分別朝向鈦寶石雷射器；二個柱面鏡1、2的後續光路上依次 設有反射鏡組和懷特池，鈦寶石雷射器3的出射光經二個柱面鏡1、2準直、整形後形成圓形 的光斑，再經反射鏡組4反射後導入懷特池5進行多次反射。鈦寶石雷射器3的波長是308nm。二個柱面鏡1、2的鏡面均為橢球面，二個柱面鏡的材質均為熔融石英。以下結合具體實施例對本發明作進一步的說明設置柱面透鏡1，柱面透鏡2互相垂直放置形成透鏡組，透鏡組與鈦寶石雷射器3的距 離為a，兩個互相垂直放置的柱面透鏡1和2的間距為b，其透鏡組的後續光路上依次設置 反射鏡組4、懷特池5。鈦寶石雷射器3出射光束因其弧失和子午兩方向發散角不同，導致後續光路光斑4過大且為橢圓光斑，不能滿足光束在懷特池多次反射的需求，現鈦寶石雷射器3出射光束 經過距離a後，依次經過柱面透鏡1、柱面透鏡2，兩柱透鏡距離為b，達到準直需求後且在遠 場能形成圓光斑後，經反射鏡組4後導入懷特池5進行多次反射。 通過本發明中的互相垂直放置的橢球圓柱鏡組可以發現，鈦寶石雷射器的光束兩 個方向的發散角15mrad、3mrad都可以提高到約Imrad左右，根據雷射器波長(308nm)選用 合適的材料，結合橢球面型可以使雷射器光束的發散角得到較好控制，從而形成良好的光束質量。
權利要求
1.一種鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，包括有鈦寶石雷射器，其特徵在於 所述鈦寶石雷射器出光口的前方依次設有一個橫向放置的柱面鏡和一個豎向放置的柱面 鏡，每一個柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個柱面鏡的光軸相互垂直，二個柱 面鏡中為平面的鏡面分別朝向所述的鈦寶石雷射器；所述二個柱面鏡的後續光路上依次設 有反射鏡組和懷特池，鈦寶石雷射器的出射光經二個柱面鏡準直、整形後形成圓形的光斑， 再經反射鏡組反射後導入懷特池進行多次反射。
2.根據權利要求1所述的鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，其特徵在於所述 鈦寶石雷射器的波長是308nm。
3.根據權利要求1所述的鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，其特徵在於所述 二個柱面鏡的材質均為熔融石英。
全文摘要
本發明公開了一種鈦寶石可調諧雷射器光束準直、整形系統，包括有鈦寶石雷射器，鈦寶石雷射器出光口的前方依次設有一個橫向放置的柱面鏡和一個豎向放置的柱面鏡，每一個柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個柱面鏡的光軸相互垂直，二個柱面鏡中為平面的鏡面分別朝向鈦寶石雷射器；二個柱面鏡的後續光路上依次設有反射鏡組和懷特池，鈦寶石雷射器的出射光經二個柱面鏡準直、整形後形成圓形的光斑，再經反射鏡組反射後導入懷特池進行多次反射。本發明利用互相垂直放置的橢球截面柱面鏡組，對鈦寶石可調諧雷射器的出射光斑進行準直、整形，使其在遠場形成圓形光斑，從而達到了提高光束質量的目的。
文檔編號G02B27/30GK102053371SQ201010586678
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者劉宇, 劉文清, 司福祺, 江宇, 胡仁志, 謝品華 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所