一种高斯光束整形扩束系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种高斯光束整形扩束系统，包括扩束镜和整形镜。其特点是不仅可以将入射光束的发散角压缩，而且可以将光束横截面的高斯分布转为平顶分布。这种高斯光束整形扩束系统具有结构简单、功能集成等优势，可广泛用于激光探测、激光加工等领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学领域，尤其涉及一种将高斯光束转化为能量均匀的平顶光束的高斯光束整形扩束系统。
技术介绍
激光扩束镜是一种常见的压缩激光发散角的装置。这种倒置望远镜结构的光学仪器，可以将入射光束的光斑扩大(进而压缩发散角)的同时、保持了出射光的平行光状态。然而，通常在激光谐振腔中输出的激光都是高斯光束，高斯光束的光强分布特点是中心能量强度大，向两边能量逐渐减少。因此传统激光扩束镜只能改善激光发散角，但无法改变其光斑分布特性，这在很多应用中是十分不利的。比如在目标探测中，激光横截面上不同地方照射目标，返回的能量是不一样的，因此需要很大的动态范围的探测器件。如何能技术一种既可压缩光斑发散角、又可改变光斑能量分布的激光扩束镜是摆在广大科技工作者面前的难题。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术所存在的平凸平凹结构只能完成单一扩束功能的技术问题；提供了一种结构简单的、基于非球面透镜的高斯光束整形扩束系统，该系统由两块透镜组合而成，可同时实现特定激光光束
的整形和扩束功能。其中的整形扩束镜为一平凹镜，矫正镜为一平凸镜。这种由透镜组成的系统加工工艺较为简单，同时也能保证较为良好的高斯光束转化为平顶光的效果的一种高斯光束整形扩束系统。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高斯光束整形扩束系统，其特征在于，包括：整形扩束镜：将入射光束的发散角压缩；矫正镜：将光束横截面的高斯分布转为平顶分布,将高斯光中心的光均匀分散到光斑的四周；其中，整形扩束镜是平凹面镜(其面型形状需保证将入射光斑扩束并排布成均匀的强度)，矫正镜是平凸面镜(其面型形状需保证将入射于其面上的均匀强度光线重新准直为平行光)，且整形扩束镜的凹面和矫正镜的凸面相对；并且整形扩束镜和矫正镜的中心在同一直线上。图1是本技术中激光整形扩束镜几何外形示意图。第一块透镜为整形扩束镜，是一块平凹面镜，一束高斯光束经整形扩束镜后，中心光束的能量可以被分散到两边，同时光束被扩散。第二块透镜为矫正镜，是一块平凸面镜，经整形扩束镜扩束后的光线再经过矫正镜后重新变为平行光出射，从而得到一束能量均匀分布的平行光束。扩束镜的凹面和整形镜的凸面相对。在上述的一种高斯光束整形扩束系统，所述凹面镜为高次非球面曲面面型，凸面镜也为高次非球面曲面面型。在上述的一种高斯光束整形扩束系统，两块透镜的材料均为石英玻璃。因此，本技术具有如下优点：1.兼备扩束和整形两大功能于一体，是实现激光扩束领域重要的方法改进；2.在实现激光的扩束整形的同时，本技术并没有增加额外的光学元件，因此具有实用性和低成本的特性。附图说明图1是本技术中激光整形扩束镜几何外形示意图。图2是本技术中利用ZEMAX对激光整形扩束系统进行光线追击后得到光路图。图3是本技术中入射高斯光束横截面光强分布示意图。图4是本技术中系统出口处所得的光强分布示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例采用一个由两个非球面透镜组成的折射系统，来将高斯光束整形为能量分布均匀的平顶光束，同时光束大小扩大至十倍，图1是激光整形扩束系统的几何外形结构示意图。图1中，r为第一面透镜的工作孔径，R是第二面透镜的相应孔径，d为扩束镜第二面到整形镜第一面的距离，n0为空气折射率，n1为第一块透镜折射率，n2为第二块透镜折射率。γ＝n/n0,n为任意一块透镜的折射率。t1为第一块透镜厚度，t2为第二块透镜厚度。s1为
第一块透镜表面，s2为第二块透镜表面。从左往右起，以第一面平面透镜的圆心为坐标原点，z为第二面透镜面上各点横坐标，Z为第三面透镜面上各点横坐标。1为扩束镜，2为矫正镜。为达到上述目的，本技术采用如下原理设计：1.能量守恒。2.光程恒定。设入射光线的能量密度为σ(r)，如果入射激光是一束归一化的基本高斯TEM00模式，则σ(r)＝exp[-2(r/r0)2]。出射光束和入射光束能量相等，结合能量密度的公式推导得到出射光束的光束半径R的表达式为： R = { r 0 2 2 Σ [ 1 - exp ( - 2 r 2 / r 0 2 ) ]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高斯光束整形扩束系统，其特征在于，包括：整形扩束镜：将入射光束的发散角压缩；矫正镜：将光束横截面的高斯分布转为平顶分布,将高斯光中心的光均匀分散到光斑的四周；其中，整形扩束镜是平凹面镜，矫正镜是平凸面镜，且整形扩束镜的凹面和矫正镜的凸面相对；并且整形扩束镜和矫正镜的中心在同一直线上。

【技术特征摘要】
1.一种高斯光束整形扩束系统，其特征在于，包括：整形扩束镜：将入射光束的发散角压缩；矫正镜：将光束横截面的高斯分布转为平顶分布,将高斯光中心的光均匀分散到光斑的四周；其中，整形扩束镜是平凹面镜，矫正镜是平凸面镜，且整形扩束镜的凹面和矫正镜的凸面相对；并...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仁杰，魏然，代天睿，董馨源，谭胜煌，郑国兴，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42