[实用新型]基于双棱镜对和柱面透镜的光束整形系统

说明书

本实用新型提供一种基于双棱镜对和柱面透镜的光束整形系统，包括依次排列的半导体激光二极管、准直透镜、第一棱镜对、第二棱镜对、偏振元件、功率反馈片、柱面透镜和物镜；第一棱镜对包含两个用于在竖直方向上对光束进行整形的第一棱镜，第二棱镜对包含两个用于在水平方向上对光束进行整形的第二棱镜；第二棱镜对的出射光路上依次设置偏振元件、功率反馈片、用于在竖直方向上或水平方向上调整光束的束腰位置的柱面透镜、和用于聚焦并射出光束的物镜。本实用新型通过第一棱镜对和第二棱镜对分别对激光束进行竖直和水平方向的整形，获得大光斑比例的聚焦光斑，通过柱面透镜消除竖直和水平方向的像散，使系统稳定可靠。

技术领域

本实用新型涉及激光设备领域，具体地说，涉及一种基于双棱镜对和柱面透镜的光束整形系统。

背景技术

半导体激光器有着成本低、寿命长、体积小、可靠性高等优点，在工业加工、泵浦、医疗、通信、测量等领域有着广泛的应用前景。但半导体激光器也有极其明显的内在缺陷，即光束发散角大，快慢轴光束发散角不对称，快、慢轴存在像散，光束质量差，受温度影响大，这使得半导体激光器的应用受到极大挑战，能否实现光束发散角小、光束质量好、消像散和功率稳定成为半导体激光器能够被广泛应用的关键因素。

以半导体激光器用于流式细胞仪等血液分析仪器的光源为例，流式细胞仪是对细胞进行自动分析和分选的装置，可以快速测量、显示细胞悬浮液中细胞的一系列重要的物理、生化特性，并能对细胞亚群进行分选。流式细胞仪的基本原理是：将需要分析的细胞制备成细胞悬浮液，悬浮液中的细胞被荧光标记物标记，细胞悬浮液通过鞘流室喷嘴时，细胞排成队列逐个通过，细胞下落过程中被聚焦的激光束照射，荧光标记物吸收激光后被激发出上转换荧光，荧光波长大于激发激光波长。与此同时，激光照射在细胞上被细胞及其内部结构散射，向周围发出散射光，通过光路中滤波片和探测器，分析荧光、前向散射光、侧向散射光，从而通过软件分析细胞的物理、生化特性，并显示其分析结果。

流式细胞仪等医疗分析仪器对激光光源提出很高要求，需要光束质量好，功率稳定，噪声低，水平和竖直方向光斑比例大于6:1，甚至超过10:1。国内外大型流式细胞仪及类似医疗分析仪器采用准直透镜将激光准直，利用棱镜对将椭圆光斑整成圆形光斑，利用两片柱面镜将激光束聚焦成光斑比例一定比例的椭圆光斑。该方法的缺点是：第一、很难提供大光斑比例的聚焦光斑，同时当光斑比例过大时，要求用于聚焦光斑的柱面透镜焦距比例大，光路增长，由激光指向性变化导致激光聚焦点不稳定，从而影响仪器的稳定性和可靠性；第二、采用两片柱面镜聚焦获得椭圆光斑，竖直方向和水平方向聚焦光斑束腰位置很难重合，甚至相差很远，因此，将小聚焦光斑束腰与细胞位置重合，大聚焦光斑离焦，当细胞处于瑞利距离之外时，系统微小变化，将会使光斑尺寸变化很大，造成仪器性能下降或者失去正确分析能力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种基本双棱镜对和柱面透镜的光束整形系统，克服大光斑比例难获得的难题，并解决水平方向和竖直方向光束不重合带来的系统不稳定的问题。

本实用新型的实施例提供一种基于双棱镜对和柱面透镜的光束整形系统，所述光束整形系统包括依次排列的半导体激光二极管、准直透镜、第一棱镜对、第二棱镜对、偏振元件、功率反馈片、柱面透镜和物镜；所述准直透镜位于所述半导体激光二极管的出射光路上，所述第一棱镜对包含两个用于在竖直方向上对光束进行整形的第一棱镜，依次位于所述准直透镜的出射光路上，所述第二棱镜对包含两个用于在水平方向上对光束进行整形的第二棱镜，依次位于所述第一棱镜对的出射光路上；所述第二棱镜对的出射光路上依次设置所述偏振元件、所述功率反馈片、用于在竖直方向上或水平方向上调整光束的束腰位置的所述柱面透镜、和用于聚焦并射出光束的所述物镜。

优选地，上述的光束整形系统中，光束经所述第一棱镜整形后沿竖直方向的光斑尺寸为H₁，经所述第二棱镜对整形后沿水平方向的光斑尺寸为H₂，H₁:H₂>10:1。