[发明专利]一种基于旋转双光楔的连续波长激光扩束扫描光学系统

说明书

一种基于旋转双光楔的连续波长激光扩束扫描光学系统，包括口径连续可调光阑、连续波长激光扩束系统和双光楔旋转扫描系统；连续波长激光扩束系统由6片透镜组成；双光楔旋转扫描系统由两块光楔组成。激光器发射的激光束经过光学系统的口径连续可调光阑后入射到连续波长激光扩束系统，连续波长激光扩束系统扩大入射激光束的口径，同时压缩入射激光束的发散角度；两个光楔以相同的速度绕光轴反向旋转，并将扩束后的激光束发射出去。本发明可同时实现大扩束比激光扩束和大范围激光扫描，具有适用激光波长范围广、扩束比大、扫描范围大、结构紧凑等优点，能够克服现有激光束扩束比小，无法实现多个激光波长共用及无法扫描的难题。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域和激光技术领域，涉及一种能够同时实现多种激光波长共用的大扩束比激光扩束扫描光学系统。

背景技术

激光扩束系统主要用来扩大激光器输出的激光束口径和压缩激光束的发散角度，以此提高激光束的平行度和能量集中度，在工业制造、医疗、国防等行业得到了广泛应用。但是，目前的激光扩束系统存在以下两个主要问题，严重限制了其在高精度目标探测、测绘等领域的应用：其一，只能对某种特定波长、激光束出射口径和发散角度的激光进行扩束并压缩光束发散角，激光扩束比率较小，激光束平行度不高，因此不能满足高精度激光探测的要求；其二，不具备激光束扫描功能，激光束可探测范围小，无法快速实现大面积目标探测。

发明内容

解决的技术问题是：针对目前激光扩束系统存在的技术问题，本发明提出了一种基于旋转双光楔的连续波长激光扩束扫描光学系统，满足多种工作模式下的激光扩束和压缩发散角度的要求。

本发明的技术方案是：一种基于旋转双光楔的连续波长激光扩束扫描光学系统，包括口径连续可调光阑、连续波长激光扩束系统和双光楔旋转扫描系统；激光器发射的激光束经过口径连续可调光阑入射至连续波长激光扩束系统，连续波长激光扩束系统将入射激光束口径扩大，同时压缩入射光束的发散角度，扩束后的激光束经双光楔旋转扫描系统后发射出去，实现对目标的大范围扫描。

所述口径连续可调光阑的最大可调节口径为2mm，最小可调节口径为0.5mm。

所述连续波长激光扩束系统包括6片透镜，均为无色光学玻璃，沿光线入射方向依次为第一双凹负透镜、第二双凸正透镜、第三双凹负透镜、第四双凹负透镜、第五双凸正透镜、第六双凸正透镜。

所述6片透镜分成三组，其中第一双凹负透镜为第一透镜组，第二双凸正透镜和第三双凹负透镜为第二透镜组，第四双凹负透镜、第五双凸正透镜和第六双凸正透镜为第三透镜组，第一透镜组与第二透镜组的焦距比例关系为1:10，第二透镜组与第三透镜组的焦距比例关系为1:10，第二透镜组和第三透镜组的合成焦距与第一透镜组的焦距比例关系为100:1。

透镜和光楔表面镀增透膜，在486nm(蓝光)～632.8nm(红光)谱段范围内的透镜和光楔单面透过率＞98％，激光能量利用率＞70％。

所述双光楔旋转扫描系统由两块参数相同的光楔组成，沿光线入射方向依次为第一光楔和第二光楔，材料均为融石英玻璃，光楔中心厚度为10mm，楔角为6.2°，第一光楔和第二光楔以相同的速度绕光轴反向旋转。双光楔旋转扫描系统的最大扫描角度满足公式δ＝2*(n-1)*α，其中δ为激光束扫描角度，n为融石英玻璃材料的折射率，α为光楔的楔角，经过双光楔旋转扫描系统的出射激光束扫描角度为±5.7°，在距离10km处的扫描范围为±1km。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明系统可同时满足486nm(蓝光)～632.8nm(红光)谱段范围内的激光波长扩束要求，单激光波长及连续波长激光组合使用均具有良好的扩束效果，有效满足了多目标同时探测的需求。

(2)本发明系统采用连续可调光阑，光阑口径可根据激光器发出的激光束口径进行调节，满足多种激光器不同工作模式的要求，具有用途广泛，与激光器匹配程度高、能量利用率高的优势。