[发明专利]用于高功率激光系统的大倍率扩束器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器件，特别是一种用于高功率激光系统的大倍率扩束器。

技术背景

在现代光学中，特别是激光应用领域，扩束器是一种常用的光束变换器。通常有两种结构的扩束结构：倒开普勒结构与倒伽利略结构。倒开普勒结构如图1所示，扩束器是一个小焦距凸透镜与一个大焦距凸透镜同轴串联构成，且小焦距凸透镜的物方焦点与大焦距凸透镜的像方焦点重合，则扩束比等于两个透镜焦距之比。若要增大扩束比，就必须增加大焦距凸透镜的焦距，或者减小小焦距凸透镜的焦距。对于大扩束比的扩束器来说，两凸透镜间距会很大，一般都需要较长的镜筒，而且常用光束扩束器一般都是仅有一种扩束比，这在应用中非常不便。

对于高功率激光系统，因为其输出功率大，单色性高，在激光输出之前需要在真空条件下进行大倍率扩束，同时在扩束器内部都要加入一个小孔构成空间滤波器，改善输出光束质量。如图2所示，倒开普勒结构加入小孔后作为一个整体被密封于真空之内，扩束比不可再变，而且大扩束比意味着长镜筒；倒伽利略结构由于不能构成空间滤波器结构，造成光束质量下降，波前不易控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于高功率激光系统的大倍率扩束器，本发明的特点是：对于确定的一组透镜，本结构的扩束比通过调节透镜间距可实现大范围内的连续可调；二是对于给定要求的扩束比，通过透镜焦距的选择可找到一个最小间距，比普通扩束器节省空间。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于高功率激光系统的大倍率扩束器，由同光轴的依次的第一凸透镜、滤波小孔、凹透镜和第二凸透镜构成，所述的滤波小孔位于第一凸透镜的后焦点，上述元件的位置满足下列关系：

L1=f0f1βf2-f1]]>L2=f2-f1+f1f2f0β]]>

其中：L₁是滤波小孔与凹透镜的间距，L₂是凹透镜与第二凸透镜的间距，f₀、f₁和f₂分别是第一凸透镜、凹透镜和第二凸透镜的焦距，β为扩束器的扩束比。

所述的第一凸透镜的口径r₀应大于或等于输入光束口径；所述的凹透镜的口径r₁由r₀、f₀、L₁共同决定，且满足r₁≥L₁r₁/f₀；所述的第二凸透镜的口径r₂由系统要求的扩束比β及r₀决定，且满足r₂≥βr₀。

本发明的技术效果：

由于凹透镜的加入，使有限空间下扩束倍率的调节范围得以提高，凹透镜以及凸透镜的选择可以实现在相同的扩束比的前提下利用最小的轴向空间；此外，本发明扩束器中加入了一个小孔滤波器，起到光束整形的作用。本发明结构简单，成本低，调节范围大，可以应用于高功率激光系统的扩束。

经实验表明：