[发明专利]采用光楔对调整变倍系统输出光束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及变倍系统，特别是一种采用光楔对调整变倍系统输出光束的方法。

背景技术

在激光应用中，变倍光学系统是一种常用的光学系统，通过变倍，不仅能够改变激光光束直径，实现光束光斑尺寸的匹配要求，而且可以改变发散角，有利于控制光束光斑尺寸、光束发散角和能量密度。

对于一个变倍倍率为M倍的变倍系统，根据拉氏不变量（Lagrange）定理：

J＝nDθ＝n′D'θ'

其中：n和n'表示光学系统在介质中的折射率，当介质为空气时，n=n′=1；D和D′表示光学系统的入瞳直径和出瞳直径；θ和θ′表示入射光的视场角和出射光的视场角，当视场角很小时，可以用弧度表示，由上式可见，当变倍倍率为M时，即若经过变倍系统扩束M倍后，出射激光束光斑直径与扩束前相比扩大了M倍，同时扩束后的光束发散角与未被扩束的激光光束相比，发散角缩小了M倍。

对于具有不同倍率的变倍光学系统，不同倍率的光束具有不同的发散角，常用的调整发散角的方法为在变倍系统中选择一片或者一组透镜作为调整镜组，调整镜组根据需要沿光轴方向前后进行移动，用来实现光束发散角的调整。这种调整方法具有一定的局限性，在沿光轴方向移动调整镜组时，可能会引起光束倾斜或者离轴，从而改变光束的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用光楔对调整变倍系统输出光束的方法，使激光光束经过变倍光学系统后光束发散角和光束的能量密度分布不变。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种采用光楔对调整变倍系统输出光束的方法，其特点在于，该方法包括下列步骤：

①在变倍系统之前、之中或之后垂直于光束主光轴放置一组或者多组光楔对，每组光楔对的两个光楔的斜面相对地共轴放置；

②沿光楔对的光楔的斜面的倾斜方向相对移动两个光楔，以补赏由于光束经过变倍系统引起的光束发散角和光束光斑尺寸的变化。

所述的变倍系统为伽利略型、开普勒型、折反射式和反射式变倍光学系统。

所述的光楔对的入射面和出射面是平面。

所述的光楔对的入射面和出射面为曲面面型，包括二次曲面、三次曲面、有理函数曲面、开方函数曲面、指数函数曲面、对数函数曲面、幂函数曲面、周期函数曲面、或高斯函数曲面。

本发明的调整发散角方法简单：采用一组或者多组光楔对，通过相对移动两个光楔来实现光束发散角及光束光斑尺寸的调整，调整方式简单。

附图说明

图1是本发明采用光楔对调整扫描激光光束的方法的原理图；

图2是本发明光束经分开的光楔对偏移原理图；

图3是本发明光楔对放置在变倍系统之前的原理图；

图4是本发明两个光楔相对移动时原理图一；

图5是本发明两个光楔相对移动时原理图二；

图6是本发明光楔对放置在变倍系统之中的原理图；

图7是本发明实施例1光路图；

图8是本发明实施例2光路图；

图9是本发明实施例3光路图；

图10是本发明实施例4光路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的工作原理如下：

将一组或多组光楔对置于变倍系统，如图1所示在变倍系统之中放置光楔对，其中光楔对入射面和出射面为平面，光束经过光楔对使光束发生偏移，光束偏移使光束与光轴交点和变倍后组的焦点发生偏移，从而使变倍系统出射光束的发散角和光束光斑尺寸的变化。通过光楔对沿斜面倾斜方向相对移动，改变光楔对入射面到出射面的厚度，使光束偏移量发生变化，实现光束与光轴交点沿轴向的前后移动，从而补偿所述的变倍系统引起的光束发散角及光束光斑尺寸的变化，实现光束发散角及光束光斑尺寸的精密控制。

对于贴合放置的光楔对，即两个光楔之间空气厚度为0mm，如图1所示光束经过一对光楔后光束发生偏移，沿光轴方向的偏移量ΔL为：垂直于光轴方向的偏移量Δh为：Δh=d(tanθ-tani)，其中sinθ=nsini。

其中：d为光楔对入射面到出射面的厚度，n为光楔的材料折射率，θ为光束入射到光楔的入射角，i为折射角。根据透镜成像原理，当光束经过光楔对有一轴向偏移量ΔL时，则后透镜组物距为f-ΔL，则所以轴向偏移量引起发散角的变化为D为出射光束直径。