[发明专利]一种均匀线形平行激光束产生装置

说明书

技术领域

本发明属于微小粒子切片采样二维成像技术领域，涉及一种均匀线形平行激光束产生装置。

背景技术

目前，在基于切片采样原理的微小粒子二维成像系统中，阵列探测器的有效光敏面为细长的线形区域，宽度仅为μm量级。基于此，当采用圆形准直高斯光束作为背景光源照射探测器时，在有效光敏面以外的区域会产生大量无效光照(对于64元阵列探测器，有效照射区域相对于光斑面积的占比不足5％)，造成极大的光源能量浪费，客观上提高了对激光器的功率需求。

此外，由于圆形激光束的高斯特性，其截面光功率密度的径向分布呈中心高边缘低的特点，致使阵列探测器各像元的受光功率悬殊，从而对应各通道放大电路的增益需进行差异设计，无疑增加设计和调试难度，同时也会影响粒子成像的质量稳定性。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种均匀线形平行激光束产生装置，采用能量均匀分布的线形平行光束照射探测器，可避免现有技术中能量损失和分布不均的缺点，可有效降低系统对激光器的功率需求，同时可降低后级模拟电路设计和调试复杂度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种均匀线形平行激光束产生装置，其包括：外筒组件1和透镜组结构组件2；其中，透镜组结构组件包括输出光纤3、准直透镜6、透镜组内筒7、透镜组外筒8、鲍威尔棱镜9；外筒组件包括外筒壳体10、反射镜12、窗口镜13；透镜组外筒8安装在外筒壳体10一端，透镜组内筒7套设在透镜组外筒8内，透镜组内筒7内沿光轴方向依次布置输出光纤3、准直透镜6和鲍威尔棱镜9；外筒壳体10另一端设置反射镜12，其侧壁上设置窗口镜13；输出光纤3输出原始激光束14，通过准直透镜6准直为圆形准直光束15，并经鲍威尔棱镜9转换为扇面光16，进一步经由反射镜12反射后由窗口镜13射出。

其中，所述透镜组内筒7通过细密螺纹嵌套于透镜组外筒8内壁，通过旋转透镜组结构组件，同时对其轴向位移和方位角进行调节，保证出射扇面光16等效光心处于窗口镜13的焦点，且扇面方向与柱面窗口镜13轴向垂直。

其中，所述透镜组内筒7上设置准直镜安装座5，准直透镜6安装在准直镜安装座5上。

其中，所述准直镜安装座5上安装光纤法兰4，输出光纤3安装在光纤法兰4上。

其中，所述外筒壳体10另一端安装反射镜支架11，反射镜12相对于圆形准直光束15的中心轴倾斜45°布置。

其中，准直后的所述圆形准直光束15从鲍威尔棱镜9的入射曲面输入并被折射，鲍威尔棱镜9的入射曲面的参数与准直光束直径相匹配；折射光线经过棱镜出射平面二次折射后输出，变为具有线形截面的扇面光16。

其中，所述圆形准直光束15的光束直径为3mm。

其中，所述扇面光16的张角为2.5°。

其中，所述窗口镜13焦距为200mm。

其中，所述线形平行光17的光束宽度为8.7mm。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的均匀线形平行激光束产生装置，针对当前采用的圆形高斯光束的不足之处，提供了一种能效高、指标合理、设计匹配度好的探测光束。

附图说明

附图1是本发明实施例获得均匀线形平行激光束的光学原理图。

附图2是本发明实施例公开的获得均匀线形平行激光束的光机结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

一种由圆形高斯光束获得均匀线形平行激光束的光学系统原理方案，如附图1所示。该原理方案描述的光学系统包括输出光纤、准直透镜、鲍威尔棱镜和柱面镜，采用的核心光学元件为鲍威尔棱镜与柱面镜。

光纤输出的原始激光首先经准直透镜准直，得到一束圆形高斯激光束，该光束随后被输入鲍威尔棱镜进行光束整形。鲍威尔棱镜的入射面为特殊设计的二次曲面，可将不同径距的平行入射光线折射到不同方向，再经出射平面二次折射后输出扇面光(近似同心光束)，其光通量密度呈近似均匀分布，从而消除了原始激光束的能量高斯分布特征。出射扇面光再由柱面镜准直，便得到一束近似平行的线形光束。