一种环形光束变换装置及变换方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种环形光束变换装置及变换方法，属于激光束控制技术领域，所述装置包括聚焦透镜、管状反射器和准直透镜，聚焦透镜用于对环形光束进行聚焦，聚焦后的环形光束自管状反射器的一端入射至管状反射器的内壁，经内壁反射后的环形光束自管状反射器的另一端输出，准直透镜用于对经管状反射器输出的环形光束进行准直，本发明专利技术结构新颖且简单，成本低，利用管状反射镜的内壁反射，配合聚焦透镜和准直透镜实现环形光束内径和外径的任意变换，实用性强。

A Ring Beam Converter and Its Conversion Method

The invention relates to an annular beam conversion device and a conversion method, belonging to the technical field of laser beam control. The device comprises a focusing lens, a tubular reflector and a collimating lens. The focusing lens is used to focus the annular beam, and the focused annular beam is incident from one end of the tubular reflector to the inner wall of the tubular reflector. The annular beam reflected by the inner wall is output from the other end of the tubular reflector, and the collimating lens is used to collimate the annular beam output by the tubular reflector. The structure of the present invention is novel and simple, and the cost is low. The inner wall reflection of the tubular reflector is used to realize the inner diameter and outer diameter of the annular beam with the focus lens and the collimating lens. Arbitrary transformation of radius has strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种环形光束变换装置及变换方法
本专利技术属于激光束控制
，具体地说涉及一种环形光束变换装置及变换方法。
技术介绍
环形光束是高功率激光器和高能量激光器中常见的一种光束形式。在某些应用环境下，需要对环形光束的内径、外径进行任意变换，以达到与其他光学系统的耦合，实现特定功能的目的，如激光参数测量、波前校正等。目前，实现环形光束变换的方法主要分为两种：一种是采用透镜组实现光束变换，如图1所示，该方法只能够实现环状光束内径、外径的等比变换，变换前后的光束存在关系：无法任意调整内径、外径大小。另一种是反射式的环形光束变换方法，如图2所示，该方法可以实现内外环的同等变化，变换前后的光束存在关系：R1-R2＝R1′-R2′，无法改变光束环带的大小。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种能够任意调节内径和外径的环形光束变换装置及变换方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种环形光束变换装置，包括：聚焦透镜，其位于环形光束的传输光路上，用于对环形光束进行聚焦；管状反射器，其沿着环形光束的传输光路设置，聚焦后的环形光束自管状反射器的一端入射至管状反射器的内壁，经内壁反射1次后的环形光束自管状反射器的另一端输出，所述管状反射器的中心轴线、聚焦透镜的光轴以及环形光束的传输光路重合，且管状反射器与聚焦透镜的最小间距大于聚焦透镜的焦距；和准直透镜，其位于环形光束的传输光路上，用于对经管状反射器输出的环形光束进行准直。进一步，所述准直透镜的光轴与环形光束的传输光路重合，且准直透镜的通光半径大于经管状反射器输出的环形光束的外径。进一步，所述准直透镜由位于普通透镜上的子区域绕环形光束的传输光路旋转360°形成，所述子区域为准直透镜的通光半径。进一步，所述普通透镜的光轴与环形光束的传输光路平行，所述管状反射器沿其周向分为若干反射器子块，与普通透镜的光轴处于同一垂直面内的反射器子块反射后的环形光束的延长线交点位于普通透镜的光轴上。进一步，所述环形光束的外径为R1，其内径为R2，经准直透镜准直后输出的环形光束的外径为R1'，其内径为R2'，聚焦透镜的焦距为f，管状反射器的内径为R，聚焦透镜的焦点至准直透镜的距离为L，则另，本专利技术还提供一种环形光束变换装置的变换方法，包括如下步骤：S1：环形光束作为入射光束，其外径为R1，其内径为R2，入射光束经过聚焦透镜聚焦并发散传输至管状反射器，聚焦透镜的焦距为f，管状反射器的内径为R；S2：入射光束在管状反射器的内壁上反射1次并输出形成出射光束，出射光束经准直透镜准直成平行光并输出形成输出光束，聚焦透镜的焦点至准直透镜的距离为L，所述输出光束即为变换后的环形光束，其外径为R1'，其内径为R2'；S3：通过调节f、R和L，实现输出光束内径和外径的任意调节。进一步，进一步，所述准直透镜的光轴与环形光束的传输光路重合，且准直透镜的通光半径大于出射光束的外径。进一步，所述准直透镜由位于普通透镜上的子区域绕环形光束的传输光路旋转360°形成，所述子区域为准直透镜的通光半径。进一步，所述普通透镜的光轴与环形光束的传输光路平行，所述管状反射器沿其周向分为若干反射器子块，与普通透镜的光轴处于同一垂直面内的反射器子块反射后的环形光束的延长线交点位于普通透镜的光轴上。本专利技术的有益效果是：结构新颖且简单，成本低，利用管状反射镜的内壁反射，配合聚焦透镜和准直透镜实现环形光束内径和外径的任意变换，实用性强。附图说明图1是采用透镜组实现光束变换的结构示意图；图2是反射式环形光束变换方法的结构示意图；图3是本专利技术的整体结构示意图；图4是本专利技术的光路示意图；图5是实施例二中环形光束的波前分布图；图6是实施例三中环形光束的波前分布图。附图中：1-聚焦透镜、2-管状反射器、3-普通透镜、4-环形光束、5-变换后的环形光束、6-准直透镜。其中，图1、图2和图4中，R1表示变换前的环形光束的外径，R2表示变换前的环形光束的内径，R1'表示变换后的环形光束的外径，R2'表示变换后的环形光束的内径。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。实施例一：参考图4，一种环形光束变换装置，包括聚焦透镜1、管状反射器2和准直透镜6。其中，聚焦透镜1位于环形光束4的传输光路上，对环形光束4起到聚焦作用。管状反射器2沿着环形光束4的传输光路设置，聚焦后的环形光束4自管状反射器2的一端入射至管状反射器2的内壁，经内壁反射后的环形光束4自管状反射器2的另一端输出，同时，所述管状反射器2的中心轴线、聚焦透镜1的光轴以及环形光束4的传输光路重合，且管状反射器2与聚焦透镜1的最小间距大于聚焦透镜1的焦距，也就是说，环形光束4经聚焦透镜1聚焦后并发散。准直透镜6位于环形光束4的传输光路上，用于对经管状反射器2输出的环形光束4进行准直，且准直透镜6的通光半径大于经管状反射器2输出的环形光束4的外径。参考图4，所述环形光束4(即变换前的环形光束)的外径为R1，其内径为R2，经准直透镜6准直后输出的环形光束(即变换后的环形光束)的外径为R1'，其内径为R2'，聚焦透镜1的焦距为f，管状反射器2的内径为R，聚焦透镜1的焦点至准直透镜6的距离为L，则参考图3，所述准直透镜6由位于普通透镜3上的子区域(即箭头直线P)绕环形光束的传输光路旋转360°形成，所述子区域为准直透镜6的通光半径。虚线A表示环形光束4的传输光路，虚线B表示普通透镜3的光轴，所述普通透镜3的光轴(即虚线B)与环形光束4的传输光路(即虚线A)平行，所述管状反射器2沿其周向分为若干反射器子块，与普通透镜3的光轴处于同一垂直面内的反射器子块反射后的环形光束的延长线交点位于普通透镜3的光轴上。具体的，采用所述环形光束变换装置的具体变换过程为：首先，环形光束4作为入射光束，入射光束经过聚焦透镜1聚焦并发散传输至管状反射器2。然后，入射光束在管状反射器2的内壁上反射并输出形成出射光束，出射光束经准直透镜6准直成平行光并输出形成输出光束，所述输出光束即为变换后的环形光束5。在上述变换过程中，通过调节f、R和L，实现输出光束(即变换后的环形光束5)内径和外径的任意调节。实施例二：本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：本实施例中将变换装置与变形镜结合，以实现波前校正。变换前的环形光束的内径为20mm，外径为25mm，环带宽度为5mm，其波前分布如图5(a)所示，PV值为2.7μm。由于变换前的环形光束的环带宽度较小，普通的变形镜无法实现波前校正，因此，通过变换装置将环带展宽。具体参数R＝70mm，变换后的环形光束的内径为20mm，外径为60mm，环带宽度为40mm，其波前分布如图5(b)所示，PV值为2.7μm。采用常规的变形镜对光束进行波前校正，校正后的波前分布如图5(c)所示，残差PV值为0.35μm。也就是说，通过变换装置的调节，使环形光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形光束变换装置，其特征在于，包括：聚焦透镜，其位于环形光束的传输光路上，用于对环形光束进行聚焦；管状反射器，其沿着环形光束的传输光路设置，聚焦后的环形光束自管状反射器的一端入射至管状反射器的内壁，经内壁反射1次后的环形光束自管状反射器的另一端输出，所述管状反射器的中心轴线、聚焦透镜的光轴以及环形光束的传输光路重合，且管状反射器与聚焦透镜的最小间距大于聚焦透镜的焦距；和准直透镜，其位于环形光束的传输光路上，用于对经管状反射器输出的环形光束进行准直。

【技术特征摘要】
1.一种环形光束变换装置，其特征在于，包括：聚焦透镜，其位于环形光束的传输光路上，用于对环形光束进行聚焦；管状反射器，其沿着环形光束的传输光路设置，聚焦后的环形光束自管状反射器的一端入射至管状反射器的内壁，经内壁反射1次后的环形光束自管状反射器的另一端输出，所述管状反射器的中心轴线、聚焦透镜的光轴以及环形光束的传输光路重合，且管状反射器与聚焦透镜的最小间距大于聚焦透镜的焦距；和准直透镜，其位于环形光束的传输光路上，用于对经管状反射器输出的环形光束进行准直。2.根据权利要求1所述的一种环形光束变换装置，其特征在于，所述准直透镜的光轴与环形光束的传输光路重合，且准直透镜的通光半径大于经管状反射器输出的环形光束的外径。3.根据权利要求2所述的一种环形光束变换装置，其特征在于，所述准直透镜由位于普通透镜上的子区域绕环形光束的传输光路旋转360°形成，所述子区域为准直透镜的通光半径。4.根据权利要求3所述的一种环形光束变换装置，其特征在于，所述普通透镜的光轴与环形光束的传输光路平行，所述管状反射器沿其周向分为若干反射器子块，与普通透镜的光轴处于同一垂直面内的反射器子块反射后的环形光束的延长线交点位于普通透镜的光轴上。5.根据权利要求3或4所述的一种环形光束变换装置，其特征在于，所述环形光束的外径为R1，其内径为R2，经准直透镜准直后输出的环形光束的外径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德恩，杨英，张鑫，陈良明，邓学伟，袁强，李明中，李敏，胡东霞，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51