[发明专利]一种在正交方向上实现不同光束变换倍率的双镜光学系统

说明书

本发明属于激光应用技术领域，特别涉及种在正交方向上实现不同光束变换倍率的双镜光学系统。其技术方案为：一种在正交方向上实现不同光束变换倍率的双镜光学系统，包括主镜和次镜，待整形的激光束从次镜入射，经过整形后从主镜出射；双镜光学系统的各镜片在X截面和Y截面的曲率半径可以分别取不同数值，对光束在X和Y方向的变换是独立的。本发明提供了一种在正交方向上同时实现任意不同光束变换倍率的双镜光学系统。

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，特别涉及一种在正交方向上实现不同光束变换倍率的双镜光学系统。

背景技术

在板条激光或光束合成等激光应用中，经常需要对激光束的形状进行变换，例如要求圆形光斑变成椭圆光斑，或条形光斑变换为矩形光斑等，光斑形态的变换中通常还伴随着要求光束尺寸变大或缩小的需求。目前通常采用的光束变换整形方式主要包括四种，第一种是将两组柱面一维望远系统组合使用，每组望远镜系统分别对激光光束的水平和垂直方向进行整形变换，这种方法至少需要四片柱面镜，结构较为复杂。第二种是采用球面镜等圆对称曲面镜和柱面镜组合使用，实现光束的变换整形，减少了柱面镜的使用数量，但这种方法结构仍然较为复杂，并且变换后的光束形态不规则。第三种是采用衍射光学元件进行整形，但在目前的制作水平下，光学效率较低、对激光光束质量的影响较大，并且不能耐受强激光，应用范围受到限制。第四种是采用双楔镜对激光束进行一维整形，同第一种方法一样，也需要两套以上的系统才能同时实现光束形态和尺寸的变换，系统结构较为复杂，并且光束入射角度较大，光学效率较低。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种在正交方向上同时实现任意不同光束变换倍率的双镜光学系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种在正交方向上实现不同光束变换倍率的双镜光学系统，包括主镜和次镜，待整形的激光束从次镜入射，经过整形后从主镜出射；所述主镜和次镜在直角坐标系下的数学表达式均为：

其中，z为平行于Z轴方向的表面矢高；x、y分别为曲面在X轴和Y轴的坐标值；C_x、C_y分别为X轴和Y轴方向的表面曲率；K_x、K_y分别为X轴和Y轴方向表面圆锥系数；A_R为四阶旋转对称系数；B_R为六阶旋转对称系数；C_R为八阶旋转对称系数；D_R为十阶旋转对称系数；A_p为四阶非旋转对称系数；B_p为六阶非旋转对称系数；C_p为八阶非旋转对称系数；D_p为十阶非旋转对称系数。

光束沿Z轴入射，双镜光学系统的次镜和主镜沿X方向的截面都是抛物形非球柱面，两者在X方向构成一组望远系统，实现对X方向光束的扩束或缩束整形。双镜光学系统的次镜和主镜沿Y方向的截面也都是抛物形非球柱面，物镜和目镜的两者在Y方向构成一组望远系统，实现对Y方向光束的扩束或缩束整形。双镜光学系统的各镜片在X截面和Y截面的曲率半径可以分别取不同数值，对光束在X和Y方向的变换是独立的，能够同时实现对光束在X方向和Y方向不同的变换倍率，并可以独立选择光学构型为伽利略式或牛顿式光学望远镜。

作为本发明的优选方案，所述主镜与次镜之间没有实焦点时，主镜与次镜的间距为：

d＝(M_x-1)*f_mx＝(M_y-1)*f_my；

所述主镜与次镜之间有实焦点时，主镜与次镜的间距为：

d＝(M_x+1)*fmx＝(M_y+1)*f_my；