[发明专利]一种激光光束的高倍率扩束系统

说明书

本发明公开了一种激光光束的高倍率扩束系统，它为无中心遮拦的共轴四反系统结构，按光线入射方向，与主光轴平行的入射激光光束通过抛物面反射镜的中心孔入射到组合圆锥反射镜的圆锥反射镜上，再经内圆锥面反射镜反射，输出与入射激光光束平行的环形光；球面反射镜将组合圆锥反射镜输出的环形光反射至抛物面反射镜，得到大环形光斑、小发散角的扩束激光。由于组合圆锥镜产生的环形光不仅避免中心遮拦，还能不改变激光发散角、无能量损失传输激光，因此该系统能够在无中心能量损失，无中心遮拦情况下，满足大倍率扩束设计要求，且扩束系统紧凑，易于单点金刚石车床加工和调装，可应用于激光测距仪领域。

技术领域

本发明涉及一种激光光束的扩束系统，特别涉及一种采用共轴四反结构实现激光光束的高倍率扩束，属于激光应用技术领域。

背景技术

激光扩束系统是激光测距仪等诸多激光仪器设备中的重要部分，其主要作用是压缩激光的空间发散角，并使激光束满足孔径要求，实现远距离测距。现有的扩束系统设计方法主要分为折射型和反射型，折射型扩束器的设计、加工和调节都较简单，中国发明专利CN101762878A公开了一种激光扩束系统，采用两块透镜组合实现， 但扩束光斑的孔径较小，倍率较低，难以满足出射光斑大口径要求。反射型扩束器虽能够增大扩束倍率，压缩系统长度，但存在中心遮拦问题，导致高斯型激光中心光束能量损失严重，难以实现远距离测距；离轴型系统虽能够有效避免中心遮拦，但其装调难度很高。因此，在如何避免中心遮拦的同时，满足高倍率扩束设计要求成为激光扩束系统设计的关键问题。

发明内容

本发明针对现有激光光束的扩束系统存在的不足，提供一种扩束倍率达到50倍及以上，且小型化、轻量化、易于加工和调装的激光光束的扩束系统。

实现本发明目的的技术方案是提供一种激光光束的高倍率扩束系统，它为无中心遮拦的共轴四反系统结构，包括组合圆锥反射镜、球面反射镜和抛物面反射镜；所述的组合圆锥反射镜由共轴的圆锥反射镜和内圆锥面反射镜组成，它们的顶角相同，所述抛物面反射镜的中心处开孔；按光线入射方向，与主光轴平行的入射激光光束通过抛物面反射镜的中心孔入射到组合圆锥反射镜的圆锥反射镜上，再经内圆锥面反射镜反射，输出与入射激光光束平行的环形光；球面反射镜将组合圆锥反射镜输出的环形光反射至抛物面反射镜，得到大环形光斑、小发散角的扩束激光。

本发明技术方案提供的一种激光光束的高倍率扩束系统，它的扩束倍率为50及以上。

本发明技术方案所述的球面反射镜、抛物面反射镜、圆锥反射镜和内圆锥面反射镜的材料均为铝；球面反射镜和抛物面反射镜的表面镀有厚度为1.54um的高反射膜。

本发明的一个优选技术方案是：入射激光的发散角θ₁为12.5mrad，光束的直径D₁为0.25mm；组合圆锥反射镜中，圆锥反射镜的底面直径D₂为3.5mm，内圆锥面反射镜的底面直径D₃为7mm，它们的顶角为45°；球面反射镜的顶点曲率半径R₁为10.2mm，口径D₄为6mm，与组合圆锥反射镜的距离d₁为23.48mm；抛物面反射镜的二次曲面系数K₁为1，顶点曲率半径R₂为45.134mm，口径D₅为13.2mm，与球面反射镜的距离d2为18.3mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：由于采用了组合圆锥反射镜和球面反射镜、抛物面反射镜的共轴四反结构，在实现无中心遮拦情况下，达到扩束50倍率及以上的高倍率扩束，视场范围内的MTF及波像差达到衍射极限，能量传输率达90%以上；且系统紧凑，具有小型化、轻量化的特点；四片反射镜均可用单点金刚石车床加工，且装调方便，有利于生产成本的降低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种共轴四反扩束系统的结构示意图；