專利名稱：鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)激光器光束準(zhǔn)直方法的報(bào)道，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(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和準(zhǔn)直能力，設(shè)計(jì)一組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且準(zhǔn)直效果較好的光學(xué)系統(tǒng)。由于單透鏡法準(zhǔn)直效果差，而第3 6種方法結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，相比較而言組合透鏡 法既可以保證一定精度的準(zhǔn)直效果，同時(shí)又避免過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu).所以采用組合透鏡法，最 終設(shè)計(jì)出組合透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)。倒置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)作為一種傳統(tǒng)的激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，應(yīng)用于準(zhǔn)直氣體激光(He-Ne激 光器)光束確實(shí)是有效的，但對(duì)于鈦寶石可調(diào)諧激光器則不能采用。因?yàn)榧す馄靼l(fā)散角較 大，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)準(zhǔn)直度要求又很高，將直接導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)過大，甚至不 切實(shí)際。因此，該激光器光束準(zhǔn)直系統(tǒng)不能采用傳統(tǒng)的倒置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。經(jīng)典PW法設(shè)計(jì)的 兩組三片式激光器光束準(zhǔn)直系統(tǒng)雖可以采用。然而，鈦寶石可調(diào)諧激光器從結(jié)構(gòu)上來說，相 當(dāng)于一個(gè)矩形波導(dǎo)式的諧振腔，光束的發(fā)散角較大，且發(fā)射的光波為非球面波，與此非球面 波相垂直的分別位于子午和弧矢平面內(nèi)的光束不交于一點(diǎn)，導(dǎo)致發(fā)散角不對(duì)稱，所以該激 光器出射的光束是非軸對(duì)稱的橢圓光束，若經(jīng)球面光學(xué)系統(tǒng)之后，在像空間仍為非對(duì)稱光 束，變化的只是光束的發(fā)散角，這對(duì)于準(zhǔn)直整形光斑是很不利的。從理論上講，只有采用非 軸對(duì)稱的柱面透鏡組系統(tǒng)才能使其轉(zhuǎn)變成軸對(duì)稱光束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，解決目前激 光器出射光束弧失和子午兩個(gè)方向發(fā)散角不同，導(dǎo)致的光斑呈橢圓狀且發(fā)散角過大的現(xiàn) 狀，而這樣的光束不利于后續(xù)光路(光束進(jìn)入懷特池)的處理。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，包括有鈦寶石激光器，其特征在于所 述鈦寶石激光器出光口的前方依次設(shè)有一個(gè)橫向放置的柱面鏡和一個(gè)豎向放置的柱面鏡， 每一個(gè)柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個(gè)柱面鏡的光軸相互垂直，二個(gè)柱面鏡 中為平面的鏡面分別朝向所述的鈦寶石激光器；所述二個(gè)柱面鏡的后續(xù)光路上依次設(shè)有反 射鏡組和懷特池，鈦寶石激光器的出射光經(jīng)二個(gè)柱面鏡準(zhǔn)直、整形后形成圓形的光斑，再經(jīng) 反射鏡組反射后導(dǎo)入懷特池進(jìn)行多次反射。所述的鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，其特征在于所述鈦寶石激光器 的波長(zhǎng)是308nm。所述的鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，其特征在于所述二個(gè)柱面鏡的 鏡面均為橢球面，二個(gè)柱面鏡的材質(zhì)均為熔融石英。3
本發(fā)明采用相互垂直的橢圓截面柱透鏡組分別對(duì)激光器出射光斑兩個(gè)方向進(jìn)行 準(zhǔn)直，并讓兩個(gè)橢圓柱面鏡的間距取合適的值，最后可在遠(yuǎn)場(chǎng)形成圓形光斑，垂直于結(jié)平面 方向上的光束經(jīng)第一個(gè)柱透鏡后變成平行光，第二個(gè)柱透鏡可看作平板玻璃，不會(huì)改變發(fā) 散角。而平行于結(jié)平面方向上的光束經(jīng)第一個(gè)柱透鏡時(shí)，光束僅發(fā)生偏移，發(fā)散角不會(huì)改 變，然后經(jīng)過第二個(gè)柱透鏡后發(fā)散角得到大大壓縮。通過計(jì)算可以得出激光束在兩個(gè)方向上通過兩塊柱透鏡的準(zhǔn)直結(jié)果，由于激光器 光源的光束經(jīng)過柱透鏡組后不可能讓每一條光線(平行主光軸光線除外)都平行于光軸(即 發(fā)散角為零)，曲面始終存在像差，故激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后，不同角度的準(zhǔn)直結(jié)果也 不一樣。為了盡可能讓所有發(fā)散角的光束，經(jīng)過系統(tǒng)準(zhǔn)直后都盡可能小，需要對(duì)柱透鏡進(jìn)行 優(yōu)化。為有效的校正球差和某些軸外像差，系統(tǒng)中兩柱面鏡均采用橢球面面形，適當(dāng)調(diào)整兩 鏡之間距離即可在遠(yuǎn)場(chǎng)形成圓形光斑，從而提高出射光束的準(zhǔn)直效果，改善光束質(zhì)量。本發(fā)明的主要特點(diǎn)如下(1)、采用橢圓柱透鏡組對(duì)弧失和子午兩方向的發(fā)散角分別進(jìn)行準(zhǔn)直，可以產(chǎn)生較好的 準(zhǔn)直效果以及形成較好的光束質(zhì)量；(2)、兩柱面鏡的一面都采用了橢球面面型，在更好控制像差的同時(shí)也提高了光束的準(zhǔn) 直效果；(3 )、根據(jù)激光器波長(zhǎng)(308nm)，柱面透鏡材料選用熔融石英(JGS1)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用互相垂直放置的橢球截面柱面鏡組，對(duì)鈦寶石可調(diào)諧激光器的出射光斑進(jìn) 行準(zhǔn)直、整形，使其在遠(yuǎn)場(chǎng)形成圓形光斑，從而達(dá)到了提高光束質(zhì)量的目的。


圖1為本發(fā)明鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明互相垂直放置的柱面透鏡組準(zhǔn)直光路圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1、2，一種鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，包括有鈦寶石激光器 3，鈦寶石激光器3出光口的前方依次設(shè)有一個(gè)橫向放置的柱面鏡1和一個(gè)豎向放置的柱面 鏡2，每一個(gè)柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個(gè)柱面鏡1、2的光軸相互垂直，二 個(gè)柱面鏡1、2中為平面的鏡面分別朝向鈦寶石激光器；二個(gè)柱面鏡1、2的后續(xù)光路上依次 設(shè)有反射鏡組和懷特池，鈦寶石激光器3的出射光經(jīng)二個(gè)柱面鏡1、2準(zhǔn)直、整形后形成圓形 的光斑，再經(jīng)反射鏡組4反射后導(dǎo)入懷特池5進(jìn)行多次反射。鈦寶石激光器3的波長(zhǎng)是308nm。二個(gè)柱面鏡1、2的鏡面均為橢球面，二個(gè)柱面鏡的材質(zhì)均為熔融石英。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明設(shè)置柱面透鏡1，柱面透鏡2互相垂直放置形成透鏡組，透鏡組與鈦寶石激光器3的距 離為a，兩個(gè)互相垂直放置的柱面透鏡1和2的間距為b，其透鏡組的后續(xù)光路上依次設(shè)置 反射鏡組4、懷特池5。鈦寶石激光器3出射光束因其弧失和子午兩方向發(fā)散角不同，導(dǎo)致后續(xù)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(xiàn)鈦寶石激光器3出射光束 經(jīng)過距離a后，依次經(jīng)過柱面透鏡1、柱面透鏡2，兩柱透鏡距離為b，達(dá)到準(zhǔn)直需求后且在遠(yuǎn) 場(chǎng)能形成圓光斑后，經(jīng)反射鏡組4后導(dǎo)入懷特池5進(jìn)行多次反射。 通過本發(fā)明中的互相垂直放置的橢球圓柱鏡組可以發(fā)現(xiàn)，鈦寶石激光器的光束兩 個(gè)方向的發(fā)散角15mrad、3mrad都可以提高到約Imrad左右，根據(jù)激光器波長(zhǎng)(308nm)選用 合適的材料，結(jié)合橢球面型可以使激光器光束的發(fā)散角得到較好控制，從而形成良好的光束質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，包括有鈦寶石激光器，其特征在于 所述鈦寶石激光器出光口的前方依次設(shè)有一個(gè)橫向放置的柱面鏡和一個(gè)豎向放置的柱面 鏡，每一個(gè)柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個(gè)柱面鏡的光軸相互垂直，二個(gè)柱 面鏡中為平面的鏡面分別朝向所述的鈦寶石激光器；所述二個(gè)柱面鏡的后續(xù)光路上依次設(shè) 有反射鏡組和懷特池，鈦寶石激光器的出射光經(jīng)二個(gè)柱面鏡準(zhǔn)直、整形后形成圓形的光斑， 再經(jīng)反射鏡組反射后導(dǎo)入懷特池進(jìn)行多次反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，其特征在于所述 鈦寶石激光器的波長(zhǎng)是308nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，其特征在于所述 二個(gè)柱面鏡的材質(zhì)均為熔融石英。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦寶石可調(diào)諧激光器光束準(zhǔn)直、整形系統(tǒng)，包括有鈦寶石激光器，鈦寶石激光器出光口的前方依次設(shè)有一個(gè)橫向放置的柱面鏡和一個(gè)豎向放置的柱面鏡，每一個(gè)柱面鏡鏡面的一面為平面，另一面為球面，二個(gè)柱面鏡的光軸相互垂直，二個(gè)柱面鏡中為平面的鏡面分別朝向鈦寶石激光器；二個(gè)柱面鏡的后續(xù)光路上依次設(shè)有反射鏡組和懷特池，鈦寶石激光器的出射光經(jīng)二個(gè)柱面鏡準(zhǔn)直、整形后形成圓形的光斑，再經(jīng)反射鏡組反射后導(dǎo)入懷特池進(jìn)行多次反射。本發(fā)明利用互相垂直放置的橢球截面柱面鏡組，對(duì)鈦寶石可調(diào)諧激光器的出射光斑進(jìn)行準(zhǔn)直、整形，使其在遠(yuǎn)場(chǎng)形成圓形光斑，從而達(dá)到了提高光束質(zhì)量的目的。
文檔編號(hào)G02B27/30GK102053371SQ201010586678
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者劉宇, 劉文清, 司福祺, 江宇, 胡仁志, 謝品華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所