一种离轴光束的像差校正方法技术

本发明专利技术公开了一种离轴光束的像差校正方法，包括：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件沿对应所述平面直角坐标系的单一方向偏转；根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出沿x方向和y方向的入射参数；根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵；根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。本发明专利技术的离轴光束的像差校正方法，通过增设柱透镜，提高了激光器的输出光束质量及模式匹配度。

【技术实现步骤摘要】
一种离轴光束的像差校正方法
本专利技术涉及激光及光波像差校正领域，特别是指一种离轴光束的像差校正方法。
技术介绍
随着激光技术的快速发展，对激光器的输出光束质量、体积及效率等方面提出了更高的要求。在激光振荡器的小型化设计要求下，光路的折转设计逐渐增多，尤其是非平面光学元件的折转，如凸面、凹面反射。这些离轴的光传输，必然会对传输光路引入一定程度的像差，这在很大程度上降低了激光器的输出光束质量及效率等参数。现有的激光振荡器设计对非平面光学元件的离轴传输引入的波像差，没有采用特殊的校正及补偿方式，只是通过缩小离轴角度的方法尽量减小此过程的影响，这样的方法导致了激光器的输出光束质量低，且模式匹配度低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种离轴光束的像差校正方法。基于上述目的本专利技术提供的离轴光束的像差校正方法，包括：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件的偏转方向与所述平面直角坐标系的单一方向对应；根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出光沿x方向和y方向的入射参数；根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵；根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。可选的，当所述非平面反射元件沿x方向偏转时，在y方向增设柱透镜。可选的，当所述非平面反射元件沿y方向偏转时，在x方向增设柱透镜。进一步的，所述沿x方向和y方向的入射参数分别为：其中α为非平面反射元件沿单方向的偏转角度。进一步的，所述沿x方向和y方向的近轴传输矩阵分别为：其中d1为入射距离，d2为出射距离，R为非平面反射元件的曲率半径。从上面所述可以看出，本专利技术提供的离轴光束的像差校正方法，包括：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件沿对应所述平面直角坐标系的单一方向偏转；根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出沿x方向和y方向的入射参数；根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵；根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。本专利技术的离轴光束的像差校正方法，通过增设柱透镜，提高了激光器的输出光束质量及模式匹配度。附图说明图1为本专利技术离轴光束的像差校正方法的一个实施例光路示意图；图2为本专利技术离轴光束的像差校正方法的一个实施例的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供一种离轴光束的像差校正方法，包括：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件的偏转方向与所述平面直角坐标系的单一方向对应；根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出沿x方向和y方向的入射参数；根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵；根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。本专利技术的离轴光束的像差校正方法，通过增设柱透镜，提高了激光器的输出光束质量及模式匹配度。作为本专利技术的一个可选实施例，当所述非平面反射元件沿x方向偏转时，在y方向增设柱透镜，如图1所示。作为本专利技术的另一个可选实施例，当所述非平面反射元件沿y方向偏转时，在x方向增设柱透镜。在本专利技术的一些具体实施例中，所述沿x方向和y方向的入射参数分别为：其中α为非平面反射元件沿单方向的偏转角度，如图1所示。在本专利技术的其他一些具体实施例中，所述沿x方向和y方向的近轴传输矩阵分别为：其中d1为入射距离，d2为出射距离，R为非平面反射元件的曲率半径。如图2所示，为本专利技术离轴光束的像差校正方法的一个实施例的流程图。从图中可以看出，本实施例的离轴光束的像差校正方法包括以下步骤：步骤101：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件的偏转方向与所述平面直角坐标系的单一方向对应。即使非平面反射元件仅沿x方向偏转或仅沿y方向偏转。步骤102：根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出沿x方向和y方向的入射参数。当非平面反射元件沿x轴旋转α角时，相应的反射光旋转2α，而另一方向的光不改变。x和y方向的入射参数变为：步骤103：根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵。则光经过d1、透镜反射及d2距离的输出后的输出矩阵，x和y方向的近轴传输矩阵分别可以表示为：从以上公式可以看出，x和y方向的输出光斑不一致，不能实现重合。步骤104：根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。为了保证x和y方向的光传输状态一致，应该在y方向增设单方向的校正光学元件，使x和y方向的输出光束相同，即设引入的光学元件对单方向(x或y)的传输矩阵为M，根据光的传输矩阵方法，在确定输出的条件下，可以求得增设光学元件的参数若光学元件增加在球面反射镜之前l2处，则其传输至出射平面的传输矩阵为其中l1+l2＝d1且fy为引入的y方向柱透镜的透镜焦距，若要满足x和y方向的输出光束相同，则由此计算得到的其中d1为入射距离，d2为出射距离，R为非平面反射元件的曲率半径。从公式中可以看出，增设柱透镜的焦距fy与入射光斑的口径riy有关，即采用此校正方法可以实现对特定口径的光波像差校正，可以根据实际应用进行选择、设计。采用同样的方法，若柱透镜增设在非平面反射元件之后，可计算得到相应的柱透镜焦距。此外，以上校正方法针对均匀入射光及高斯入射光都适用。以上校正方法针对凸面反射镜同样适用。以上方法针对近轴近似条件下的计算结果，针对非近轴近似的情况，行数值求解同样可以得到相应的光学元件设计指标。以上分析结果针对球面反射镜的一维旋转，针对二位非对称的折转，通过相应的光学元件设计可以实现校正光学元件的设计。以上方法针对反射面的离轴传输，对普通透射光学透镜的离轴传输同样适用。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本专利技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本专利技术的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本专利技术难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本专利技术难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本专利技术的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本专利技术的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本专利技术。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。尽管已经结合了本专利技术的具体实施例对本专利技术进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离轴光束的像差校正方法，其特征在于，包括：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件的偏转方向与所述平面直角坐标系的单一方向对应；根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出沿x方向和y方向的入射参数；根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵；根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。

【技术特征摘要】
1.一种离轴光束的像差校正方法，其特征在于，包括：建立平面直角坐标系，使非平面反射元件的偏转方向与所述平面直角坐标系的单一方向对应；根据非平面反射元件沿单方向的偏转角度，分别得出沿x方向和y方向的入射参数；根据所述入射参数计算得出沿x方向和y方向的近轴传输矩阵；根据所述近轴传输矩阵以及增设柱透镜后的出射平面的传输矩阵，得出增设柱透镜的焦距。2.根据权利要求1所述的离轴光束的像差校正方法，其特征在于，当所述非平面反射元件沿x方向偏转时，在y方向增设柱透镜。3.根据权利要求1所述的离轴光束的像差校正方法，其特征在于，当所述非平面反射元件沿y方向偏转时，在x方向增设柱透镜。4.根据权利要求1所述的离轴光束的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊仲维，郭广妍，张鸿博，康治军，黄玉涛，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，中科和光天津应用激光技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11