[发明专利]一种基于自由曲面透镜的激光分束系统

权利要求书

1.一种基于自由曲面透镜的激光分束系统，其特征在于：激光经过第一透镜和第二透镜后形成高斯光束阵列光束，所述光束经过一段距离的传播后在目标位置处形成离散的分束光斑阵列；

所述第一透镜的前后表面存在下述关系：

光源发出的入射光线经第一透镜前表面S₁折射后沿着到达第一透镜后表面S₂，入射光线和折射光线之间满足斯涅耳定律，即：

其中：为单位方向向量；为入射光线，为折射光线，为第一透镜前表面的法向量场；n₁₂＝n₁/n₂，n₁和n₂分别为入射介质和折射介质的折射率，即环境和透镜的折射率；由于入射光束需要被离散化，并由携带能量的有限条入射光线表示，因此，为由单位向量组成的矩阵；第一透镜后表面的初始形态可暂时由人为给出；

所述第二透镜的前表面与第一透镜的关系为：

第二透镜的前表面是根据光学系统的光程相等条件由式(2)计算得到的：

n₁·|WP₁|+n₂·|P₁P₂|+n₁·|P₂P₃|+n₂·|P₃P₄|+n₁·|P₄W'|＝L (2)

其中，W为入射波前，W’为出射波前，L为光程常数；在确定第一透镜两个表面及第二透镜后表面之后，求解上述方程便可得到与第二透镜前表面有关的面型数据P₃；

而在由光程相等条件计算得到第二透镜前表面之后，可以对第一透镜的后表面面型进行修正，具体为，根据当前的P₂和P₃可计算

结合由式(4)便可进一步计算得到第一透镜后表面的法向量场

进而根据数学方法由法向矢量场重构出第一透镜的后表面；接下来，按照基于光程相等条件的式(2)更新第二透镜的前表面S₃，反复迭代更新直到满足停止条件；

所述入射光线由光源和中继面（ 5） 上的能量分布定义，具体为由两者能量分布之间的映射关系决定，入射波前W为与入射光束垂直的波阵面；

出射光线由中继面（ 5） 和目标面（ 6） 上的照度分布定义，具体为由两个照度分布之间的能量映射关系决定；出射波前W’的形态取决于出射光束，且出射波前的位置更靠近中继面；在得到出射光线之后，在第二透镜的后表面处使用斯涅耳定律，可计算出折射光线

所述光束在中继面（ 5） 上的照度分布形式为紧密排布的高斯光斑阵列；在确定中继面（ 5） 上的照度分布之后，中继面（ 5） 应设置为尽量靠近第二透镜或与之重合。