專利名稱：一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，特別是涉及一種道路測(cè)量用照明線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
建筑工程、道路測(cè)量、軌道交通監(jiān)測(cè)等科學(xué)工程應(yīng)用場(chǎng)合均需要合適的線狀激光束作為光源，要求該線狀光束具有一定的照度、發(fā)射角度、發(fā)射距離，且線狀光束要達(dá)到一定的線性度和線寬指標(biāo)，其激光能量分布要相對(duì)均勻。通常，當(dāng)激光束經(jīng)過柱面透鏡或普通鮑威爾棱鏡時(shí)，柱面透鏡或鮑威爾棱鏡均可對(duì)激光束在一個(gè)方向上進(jìn)行擴(kuò)展而形成線狀光束，柱面透鏡所形成的線狀光束具有中間能量分布較高，邊緣能量分布較低的特點(diǎn)，鮑威爾棱鏡則相反，其形成的線狀光束的能量分布具有中間弱，邊緣強(qiáng)的特性。
目前的實(shí)際系統(tǒng)中，常常使用的要么只是柱面透鏡系統(tǒng)，要么只是鮑威爾棱鏡系統(tǒng)。但是，激光束無(wú)論經(jīng)過單獨(dú)的柱面透鏡系統(tǒng)或單獨(dú)的鮑威爾棱鏡系統(tǒng)時(shí)，所形成的線狀光束的能量分布均存在中間與邊緣分布不均勻的問題，無(wú)法得到能量分布均勻性好的線狀光束。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述問題，本發(fā)明采用了柱面透鏡+改進(jìn)型的鮑威爾棱鏡結(jié)構(gòu)，即利用柱面透鏡來(lái)控制入射到鮑威爾棱鏡的光束的入射面積和能量分布，利用鮑威爾棱鏡的屋脊夾角來(lái)控制線性度發(fā)射角，利用所設(shè)計(jì)的鮑威爾棱鏡的屋脊形狀為非球面結(jié)構(gòu)來(lái)控制輸出能量的分布，從而實(shí)現(xiàn)線狀光束的均勻能量分布。
技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括輻射激光的激光光源，激光光源前方設(shè)有光纖耦合系統(tǒng)，光纖耦合系統(tǒng)前方設(shè)有光纖，激光經(jīng)過光纖耦合系統(tǒng)耦合到光纖中，光纖前方設(shè)有光束聚焦系統(tǒng)，光束聚焦系統(tǒng)包括透鏡組和設(shè)置在透鏡組前方的線狀光束整形系統(tǒng)，線狀光束整形系統(tǒng)包括一個(gè)柱面透鏡和一個(gè)改進(jìn)型鮑威爾棱鏡，改進(jìn)型鮑威爾棱鏡設(shè)置在柱面透鏡前方。
所述激光光源所輻射的激光的激光功率為100毫瓦 50瓦。
所述光纖的芯徑為10(Γ400微米。
所述柱面透鏡的柱面透鏡焦距f = 3(T80mm，所述改進(jìn)型鮑威爾棱鏡的屋脊面夾角為10 80°。
光束聚焦系統(tǒng)組合焦距f ’ =80mnTl50mm。
所述改進(jìn)型鮑威爾棱鏡的屋脊形狀為非球面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明結(jié)合柱面透鏡系統(tǒng)和鮑威爾棱鏡系統(tǒng)這兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)，以鮑威爾棱鏡形成的線狀光束中間能量分布弱的特點(diǎn)來(lái)補(bǔ)償柱面透鏡系統(tǒng)帶來(lái)的中間能量分布高的缺點(diǎn)， 得到均勻性分布非常好的線狀光束。
優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明是一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)利用一聚焦系統(tǒng)以及柱面透鏡+改進(jìn)型的鮑威爾棱鏡組成一線狀光束整形系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以避免了普通的柱面透鏡成像和普通鮑威爾棱鏡所成線狀光束的能量分布的不均勻性。
對(duì)于道路探測(cè)，軌道測(cè)量等對(duì)于照明光束有比較高的要求的場(chǎng)合，如能量分布均勻性，線寬一致性，長(zhǎng)的線長(zhǎng)，窄的線寬等等，采用所發(fā)明的現(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)，可以為道路探測(cè)，軌道測(cè)量等提供優(yōu)質(zhì)的線性光源。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為決定線狀光束長(zhǎng)度的各種參數(shù)的關(guān)系示意圖。
附圖標(biāo)記說明I、激光光源，2、激光,3、光纖稱合系統(tǒng),4、光纖,5、激光束,6、光束聚焦系統(tǒng),7、透鏡組, 8、線狀光束整形系統(tǒng)，9、柱面透鏡，10、改進(jìn)型鮑威爾棱鏡，11、匯聚光束，12、笤帚狀光束， 13、線狀光束，L為線狀光束13的長(zhǎng)度，I為產(chǎn)生的線狀光束13到光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)型鮑威爾棱鏡10的距離，η是改進(jìn)型鮑威爾棱鏡10的光學(xué)材料的折射率，α為改進(jìn)型鮑威爾棱鏡10 的屋脊面夾角，d為匯聚光束11在柱面透鏡9處的光束直徑，f為柱面透鏡9的焦距。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案詳細(xì)敘述如下目前激光束經(jīng)過柱面透鏡或鮑威爾棱鏡時(shí)，其形成的線狀光束的能量分布具有中間與邊緣存在不均勻分布。針對(duì)這一問題，本發(fā)明采用了柱面透鏡+改進(jìn)型的鮑威爾棱鏡結(jié)構(gòu)， 即利用柱面透鏡來(lái)控制入射到鮑威爾棱鏡的光束的入射面積和能量分布，利用鮑威爾棱鏡的屋脊夾角來(lái)控制線性度發(fā)射角，利用所設(shè)計(jì)的鮑威爾棱鏡的屋脊形狀為非球面結(jié)構(gòu)來(lái)控制輸出能量的分布，從而實(shí)現(xiàn)線狀光束的均勻能量分布。
本發(fā)明涉及一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包括激光光源、光纖耦合系統(tǒng)，傳輸光纖，球面透鏡組，柱面透鏡+改進(jìn)型鮑威爾棱鏡組。由激光光源發(fā)射的激光，經(jīng)過光纖耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入光纖，再經(jīng)光纖傳輸后，入射到球面透鏡組，從球面透鏡組出射的光束，經(jīng)過柱面透鏡+改進(jìn)型鮑威爾棱鏡組，在空間上形成一個(gè)笤帚狀光束，該笤帚型光束在縱向上逐漸聚焦，在橫向上則呈扇形發(fā)射，在縱向上聚焦點(diǎn)出，最終形成一能量均勻分布，具有一定張角，長(zhǎng)度和寬度符合道路探測(cè)，軌道檢測(cè)等應(yīng)用需要的線狀光束。
如圖I中所示，本發(fā)明這種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包括輻射激光2的激光光源1， 激光光源I前方設(shè)有光纖耦合系統(tǒng)3，光纖耦合系統(tǒng)3前方設(shè)有光纖4，激光2經(jīng)過光纖耦合系統(tǒng)3稱合到光纖4中,光纖4前方設(shè)有光束聚焦系統(tǒng)6,光束聚焦系統(tǒng)6包括透鏡組7 和設(shè)置在透鏡組7前方的線狀光束整形系統(tǒng)8，線狀光束整形系統(tǒng)8包括一個(gè)柱面透鏡9和一個(gè)改進(jìn)型鮑威爾棱鏡10，改進(jìn)型鮑威爾棱鏡10設(shè)置在柱面透鏡9前方。
所述激光光源I所輻射的激光2的激光功率為100毫瓦 50瓦，激光2的波長(zhǎng)可以覆蓋所有可見光到中紅外的任何激光波長(zhǎng)，例如可以為808nm、980nm或者1064nm。
所述光纖4的芯徑為10(Γ400微米。
所述柱面透鏡9的柱面透鏡焦距f = 3(T80mm，所述改進(jìn)型鮑威爾棱鏡10的屋脊面夾角為1(Γ80°。柱面透鏡9的焦距和鮑威爾棱鏡10的屋脊面夾角的確定是根據(jù)在某個(gè)距離處所需要產(chǎn)生的線狀光束的長(zhǎng)度來(lái)確定的。產(chǎn)生的線狀光束的長(zhǎng)度發(fā)生變化，這兩組數(shù)據(jù)也需要相應(yīng)變化。它們的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括輻射激光(2)的激光光源(1)，激光光源(I)前方設(shè)有光纖耦合系統(tǒng)(3 )，光纖耦合系統(tǒng)(3 )前方設(shè)有光纖(4 )，激光(2 )經(jīng)過光纖率禹合系統(tǒng)(3)稱合到光纖(4)中,光纖(4)前方設(shè)有光束聚焦系統(tǒng)(6),光束聚焦系統(tǒng)(6) 包括透鏡組(7)和設(shè)置在透鏡組(7)前方的線狀光束整形系統(tǒng)(8)，線狀光束整形系統(tǒng)(8) 包括一個(gè)柱面透鏡(9)和一個(gè)改進(jìn)型鮑威爾棱鏡(10)，改進(jìn)型鮑威爾棱鏡(10)設(shè)置在柱面透鏡(9)前方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述激光光源(I) 所輻射的激光(2)的激光功率為100毫瓦飛O瓦。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光纖(4)的芯徑為10(Γ400微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述柱面透鏡(9) 的柱面透鏡焦距f = 3(T80mm，所述改進(jìn)型鮑威爾棱鏡(10)的屋脊面夾角為1(Γ80°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于光束聚焦系統(tǒng)(6) 組合焦距 f’ =80mnTl50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述改進(jìn)型鮑威爾棱鏡的屋脊形狀為非球面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包括激光光源、光纖耦合系統(tǒng)、光纖、光束聚焦系統(tǒng)，光束聚焦系統(tǒng)包括透鏡組和線狀光束整形系統(tǒng)，線狀光束整形系統(tǒng)包括一個(gè)柱面透鏡和一個(gè)改進(jìn)型鮑威爾棱鏡；由激光光源發(fā)射的激光，經(jīng)過光纖耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入光纖，再經(jīng)光纖傳輸后，入射到球面透鏡組，從球面透鏡組出射的光束，經(jīng)過柱面透鏡+改進(jìn)型鮑威爾棱鏡組，在空間上形成一個(gè)笤帚狀光束，該笤帚型光束在縱向上逐漸聚焦，在橫向上則呈扇形發(fā)射，在縱向上聚焦點(diǎn)出，最終形成一能量均勻分布，具有一定張角，長(zhǎng)度和寬度符合道路探測(cè)，軌道檢測(cè)等應(yīng)用需要的線狀光束。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102981276SQ201210486058
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者邵嶽 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)