折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)激光擴(kuò)束系統(tǒng)一般分為折射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)和反射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)。
[0003] 折射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)主要包括兩種形式：一種是由正透鏡與負(fù)透鏡構(gòu)成的伽利 略望遠(yuǎn)鏡式，一種是由兩個(gè)正透鏡構(gòu)成的開普勒望遠(yuǎn)鏡式。這兩種反望遠(yuǎn)鏡式激光擴(kuò)束系 統(tǒng)的擴(kuò)束倍率與前后兩個(gè)透鏡的口徑有關(guān)，系統(tǒng)要取得大擴(kuò)束倍率必須采用較大口徑的透 鏡，而大口徑的透鏡往往存在難以加工的問題，故一般折射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)的最大變倍比 率難以提高。
[0004] 反射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)有牛頓式、卡塞格林式、格里高利式等類型，這些類型的擴(kuò)束 系統(tǒng)雖然可以做到大擴(kuò)束倍率，但是都存在中心遮攔，而一般激光束的能量集中在中心區(qū) 域，所以這種類型的擴(kuò)束系統(tǒng)效率不高；而且反射式系統(tǒng)難以做成變焦形式，如果對激光器 發(fā)出的光束有不同的擴(kuò)束倍率要求，若采用固定倍率的擴(kuò)束鏡，需要配置多套擴(kuò)束系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)折射式或反射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供了一種具有高擴(kuò) 束倍率并且擴(kuò)束倍率可調(diào)節(jié)的折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)。該系統(tǒng)可為波長為〇. 6328 微米的He-Ne激光器提供6-30倍的連續(xù)變倍擴(kuò)束，具有結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)束倍率高、無中心遮 攔、無實(shí)會聚焦點(diǎn)、可應(yīng)用于高功率激光器擴(kuò)束的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 一種折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，由折射組件與反射組件構(gòu)成，其中：折射組 件由第一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡組 成；反射組件由第四離軸雙曲面反射鏡、第五離軸拋物面反射鏡構(gòu)成；激光器發(fā)射出的單 色高斯光束經(jīng)過第一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非 球面透鏡后完成初級準(zhǔn)直擴(kuò)束，擴(kuò)束后的平行光經(jīng)過第四離軸雙曲面反射鏡、第五離軸拋 物面反射鏡后完成^級準(zhǔn)直擴(kuò)束，完成準(zhǔn)直擴(kuò)束。
[0008] 本發(fā)明中，所述第二折射高次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡的 非球面系數(shù)應(yīng)滿足下列公式：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)由折射組件與 反射組件構(gòu)成，其中：折射組件由第一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹透鏡、第三 平凸折射高次非球面透鏡組成；反射組件由第四離軸雙曲面反射鏡、第五離軸拋物面反射 鏡構(gòu)成；激光器發(fā)射出的單色高斯光束經(jīng)過第一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹 透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡后完成初級準(zhǔn)直擴(kuò)束，擴(kuò)束后的平行光經(jīng)過第四離軸 雙曲面反射鏡、第五離軸拋物面反射鏡后完成二級準(zhǔn)直擴(kuò)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述第二折射高 次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡的非球面系數(shù)滿足下列公式：
其中：z是非球面在光軸方向上的矢高，c是非球面頂點(diǎn)的曲率半徑，k是二次常數(shù)，y 是軸向距離，非球面系數(shù)D、E、F、G、H、I至少一個(gè)不為零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述第 一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡均由Nd = 1. 52, Vd = 64. 2的材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)束準(zhǔn)直 系統(tǒng)的工作波長是632. 8nm〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述第四離軸 雙曲面反射鏡的離軸量為68mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述第五離軸 拋物面反射鏡的離軸量為200mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)束準(zhǔn)直 系統(tǒng)的擴(kuò)束倍率在6-30區(qū)間連續(xù)改變時(shí)，第一平凸球面透鏡后表面與第二折射高次非球 面平凹透鏡前表面的距離取值范圍為68. 85-171. 96mm，第二折射高次非球面平凹透鏡后表 面與第三平凸折射高次非球面透鏡前表面的距離取值范圍為171. 96-185. 51mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種折反式可變倍激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)由折射組件與反射組件構(gòu)成，折射組件由第一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡組成；反射組件由第四離軸雙曲面反射鏡、第五離軸拋物面反射鏡構(gòu)成；激光器發(fā)射出的單色高斯光束經(jīng)過第一平凸球面透鏡、第二折射高次非球面平凹透鏡、第三平凸折射高次非球面透鏡后完成初級準(zhǔn)直擴(kuò)束，擴(kuò)束后的平行光經(jīng)過第四離軸雙曲面反射鏡、第五離軸拋物面反射鏡后完成二級準(zhǔn)直擴(kuò)束。該系統(tǒng)可為波長為0.6328微米的He—Ne激光器提供6—30倍的連續(xù)變倍擴(kuò)束，具有結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)束倍率高、無中心遮攔、無實(shí)會聚焦點(diǎn)、可應(yīng)用于高功率激光器擴(kuò)束的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G02B17-08, G02B27-09, G02B27-30
【公開號】CN104635343
【申請?zhí)枴緾N201510079529
【發(fā)明人】解放, 張旺, 鞠文麗, 黨凡陽, 邱成波, 薛文慧, 陳婷, 張愛紅, 范志剛
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月14日