基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器的制造方法
【專利摘要】基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，屬于激光擴束領域。所述激光擴束勻光器依次由位于同一直線上的第一級微透鏡陣列、可變光闌和第二級微透鏡陣列構成，三者的屏邊平行，組成共軸系統(tǒng)。其中，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的微透鏡元參數相同，微透鏡元直徑為p，微透鏡陣列的后焦距為f；第一級微透鏡陣列的直徑為D1，可變光闌的最大直徑為D2，第二級微透鏡陣列的直徑為D3，兩級微透鏡陣列之間的距離為d，可變光闌距第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的距離分別為f和d-f。本發(fā)明通過應用微透鏡陣列取代單透鏡設計擴束系統(tǒng)，改善擴束光學系統(tǒng)像差質量，簡化系統(tǒng)結構，提高擴束比，降低了系統(tǒng)裝調的精度要求。
【專利說明】基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光擴束領域，涉及一種基于微透鏡陣列光學元件的光學系統(tǒng)，可用于激光擴束和激光投影。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的激光擴束器件是以兩個單透鏡(聚焦鏡)組成，前一個透鏡將激光光束聚焦在其像方焦點上(也是后一透鏡的物方焦點)，后一透鏡把焦面上的光以平行光透射出去，擴束比與前后兩個透鏡的焦距比有關。這種反望遠鏡式的擴束系統(tǒng)，要取得大的擴束t匕，必須采用較大口徑的透鏡，而大口徑的透鏡，無論是加工還是裝調，都很困難甚至不可能；而且系統(tǒng)質量和體積很大，需要較高的裝調精度:更為嚴重的是，由于透射系統(tǒng)對高能激光有嚴重的鬼像效應，這使得反望遠鏡式的擴束系統(tǒng)不能用于大功率高能激光的擴束。
[0003]目前，這種反望遠鏡式的擴束系統(tǒng)主要有兩種形式:伽利略望遠鏡式擴束鏡和開普勒望遠鏡式擴束鏡，除上述的共有缺點和不足外，還有著各自的缺點和不足。
[0004]伽利略望遠鏡式擴束鏡包括一個輸入的凹透鏡和一個輸出的凸透鏡，一般的盡可能的被設計為小的球面像差，低的波前變形和消色差。它的局限性在于不能容納空間濾波或者進行大倍率的擴束。
[0005]開普勒望遠鏡式擴束鏡由兩塊凸透鏡組成，其主要缺點是有較大的像差。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于微透鏡陣列光學元件的激光擴束系統(tǒng)，其可應用于激光擴束和激光投影，通過應用微透鏡陣列取代單透鏡設計擴束系統(tǒng)，改善擴束光學系統(tǒng)像差質量，簡化系統(tǒng)結構，提高擴束比，降低了系統(tǒng)裝調的精度要求。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0008] 一種基于微透鏡陣列光學元件的激光擴束系統(tǒng)，依次由位于同一直線上的第一級微透鏡陣列、可變光闌和第二級微透鏡陣列構成，三者的屏邊平行，組成共軸系統(tǒng)。其中，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的微透鏡元參數相同，微透鏡元直徑為P，微透鏡陣列的后焦距為f ;第一級微透鏡陣列的直徑為D1，可變光闌的最大直徑為D2，第二級微透鏡陣列的直徑為D3，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列之間的距離為d，可變光闌距第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的距離分別為f和d-f。
[0009]考慮到一般的激光器的出射光束的直徑一般在5_左右，本發(fā)明中第一級微透鏡陣列的直徑D1 = 10mm，第二級微透鏡陣列的直徑D3 = 60mm，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列之間的距離d = 35mm，采用Thorlabs公司的MLA150-7AR微透鏡陣列的后焦距為f = 6.7mm, p = 150 μ m,可變光闌的最大直徑 D2 = 12.5mm, p、f、D1^ D2 > D3、d 滿足下式:
【權利要求】
1.一種基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，其特征在于所述激光擴束勻光器依次由位于同一直線上的第一級微透鏡陣列、可變光闌和第二級微透鏡陣列構成，三者的屏邊平行，組成共軸系統(tǒng)；其中，可變光闌距第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的距離分別為f和d-f，f為微透鏡陣列的后焦距，d為第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列之間的距離。
2.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，其特征在于所述第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列的微透鏡元參數相同。
3.根據權利要求2所述的基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，其特征在于所述微透鏡元直徑P = 150 μ m,微透鏡陣列的后焦距f = 6.7mm。
4.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，其特征在于所述第一級微透鏡陣列、可變光闌和第二級微透鏡陣列滿足以下條件:
5.根據權利要求1、2或4所述的基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，其特征在于所述第一級微透鏡陣列的直徑D1 = 10mm，第二級微透鏡陣列的直徑D3 = 60mm，第一級微透鏡陣列和第二級微透鏡陣列之間的距離d = 35mm。
6.根據權利要求1或4所述的基于微透鏡陣列的激光擴束勻光器，其特征在于所述可變光闌的最大直徑D2 = 12.5mm。
【文檔編號】G02B27/09GK103969832SQ201410225708
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權日:2014年5月27日
【發(fā)明者】王玉雷, 王玉濤, 汪東生, 朱成偉, 李韜, 黨凡陽, 郝成龍, 周輝, 岳猛, 陳占良, 萬子南, 范志剛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學