[发明专利]非传统使用的透镜和反射镜

说明书

技术领域

本发明属于光学、光学工程、光电子学、激光器与激光技术领域。

背景技术

球面光学透镜和反射镜是最基本的光学元件，在光学、光学工程、光电子学领域有着广泛的应用。为了扩大它们的应用范围，人们对透镜和反射镜采用了均匀镀膜技术,两平行平面的多光束干涉技术,使透镜和反射镜获得了许多新的应用，特别是适应了激光领域和光谱领域的应用。此外，人们还采用了反射镜间的离轴传输技术来扩大反射镜的应用范围。非均匀镀膜技术在激光领域主要是采用反高斯膜。在为扩大透镜和反射镜应用范围方面，发明专利申请文件《轴对称共点组合氦氖激光器》（申请号：201110411666.2）提出了利用透镜两表面的分区均匀镀膜环带或者局部区域和两表面间的多次反射来实现He-Ne激光器的组合。但是在该组合应用的这一技术，仅仅是指从透镜边缘到中央的多次反射，在透镜后表面中央全透明区射出，未涉及光束在两表面上的反射点的轨迹、光束在前表面的出射和光束间的关系，不能解决激光器阵列的锁相组合。一种非传统使用的透镜和反射镜的完备、深入、展示真实规律的发明内容，能为透镜和反射镜的应用增添新的内容。

发明内容

非传统使用的透镜和反射镜的两个球面表面分划成一个个以透镜轴为对称轴的环形带区，靠近轴的区域为圆形区域，两个球面上的环形区域的个数、宽窄、位置和反射率的大小都是根据需要来设计的，一个或者多个光束或许多个光束从球面的表面上的一个区域或者多个区域入射，然后在两个表面间反射，然后从两表面的一个区域或者多个区域离开镜面，反射点除特别需要外一般应落在全反射区域，其特征在于入射光束在两表面上的反射是按两表面上反射点的轨迹为一椭圆，或一圆，或一线确定的方位进行的，两表面间的反射为一次、多次或者无穷次，其特征还在于光束的出射不但可以在后表面中央和其他区域，还特别地出现在前表面的中央区域和各环形带区。这样的透镜的表面结构和整体的工作方式都与传统透镜、均匀膜透镜显著不同，这样的透镜即为本发明所指的非传统使用的透镜。当这样的透镜的后表面为全反射面时，即为本发明的非传统使用的反射镜。我们可以设计出各式各样的实用的非传统使用的透镜和反射镜，其用途是传统使用的透镜、反射镜和均匀膜面透镜和反射镜所不能达到的。它们特别适用于多种激光器阵列的锁相组合这样的问题。

非传统使用的透镜和反射镜的工作原理如下所述。入射光束在两镜面之间的近轴反射，与光束在两个传统的分离的反射镜镜面间的反射有相同的规律，这一规律已经被我们实验所证实，即光束在非传统使用的透镜和反射镜的透镜面上的反射点的轨迹一般是一个椭圆，如果入射光束在镜前表面所在平面的直角参考坐标系o-x-y中的初始位置和斜率适当，则它在镜面上的椭圆轨迹变成一个圆，如果入射光束在x方向的位移和斜率均为零，则椭圆轨迹变成为一直线轨迹。同时，规定光束既可在透镜前表面离开，也可在后表面的环带、中央位置离开，这既是根据实际需要提出的，也是在原则上成立的。对于非传统使用的反射镜，光束入射和出射在同一镜面。

对透镜和反射镜分区镀均匀膜是易于实现的，当环带宽度极小时，其镀膜均匀性可能差一些，但一些使用对象对膜的透过率存在一个实用范围。轴对称分布的激光器阵列，轴线位于任一纵剖面的激光器很容易满足入射光束或者起始光束仅存在径向位移和径向斜率的条件，即初始光束仅有起点离轴的距离和光束相对于对称轴的斜率，从而可视为满足x方向位移和斜率均为零的条件，故光束在镜面上的反射点轨迹会是一直线形轨迹。直线形轨迹也是一种椭圆轨迹，光束经过很多次反射后精确地回复到原出发点的位置和斜率并开始新一轮沿直线形轨迹的往返传输。当光束有一定的发散角，又当个别或者部分入射光束或起始光束在x方向位移和x方向斜率在容许值范围又不为零时，反射点轨迹会是一接近直线形轨迹的椭圆轨迹，可给阵列的组合带来积极的效果。