[发明专利]一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统

权利要求书

1.一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，该系统包括主镜和次镜，其特征在于：

所述主镜为凹面反射镜，所述次镜为凸面反射镜，所述扩束系统采用离轴、无实焦点设计，无中心遮拦和能量损失；与光轴平行的光束入射到凸面次镜上，由次镜反射到凹面主镜上，经主镜反射输出与入射光束平行的扩束后的光束；该扩束系统采用自由曲面进行设计，所述设计包括三种结构形式，第一种是主镜为自由曲面、次镜为离轴非球面；第二种结构形式是主镜为离轴非球面、次镜为自由曲面；第三种结构形式是主镜和次镜都为自由曲面。

2.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：

该扩束系统的扩束倍率M为主镜与次镜的焦距之比。

3.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：其扩束倍率为固定式，能根据具体使用要求设定扩束倍率。

4.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：所述扩束系统适用波段范围0.4μm～12μm。

5.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：所述扩束系统中两反射镜表面需要镀高反膜。

6.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：

高斯光束通过望远系统的变换矩阵为：

其中，f₁，f₂分别表示两镜的焦距，两镜间距d＝f₁+f₂+Δ，Δ表示失调量，M_t＝-f₂/f₁为望远系统的放大倍率。

7.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：

设入射光束束腰为ω₀，波长为λ，焦参量为物距为s，经望远系统后变为束腰为ω′₀、像距为s′的高斯光束；

设Δ＝0，有：

ω′₀＝|M_t|ω₀

设初始发散角为θ₀₁，经过系统后发散角为θ₀₂，远场发散角θ₀与束腰ω₀间有反比关系，即：

远场发散角被压缩|M_t|倍，且与物距和像距均无关，当s＝f₁时，s′＝f₂，即像方束腰位于第二透镜L₂的后焦面上；当s＞＞f₁+f₂时，该望远系统的扩束比：

8.根据权利要求2所述的一种基于自由曲面的离轴反射式两镜扩束系统，其特征在于：

该扩束系统的放大倍率M_t，即扩束倍率M为主镜与次镜的焦距之比，在选择好主镜的相对口径之后，主镜和次镜的焦距就能得到；设失调量Δ＝0，两镜间距d为主镜焦距与次镜的焦距之差，反射镜顶点的曲率半径为两倍的焦距，得到主镜和次镜顶点的曲率半径。