激光扩束镜及其制备方法和包含其的光路系统技术方案

本发明专利技术是关于一种激光扩束镜，激光扩束镜及其制备方法和包含其的光路系统。该激光扩束镜包括阵列排布的多根光纤单丝，其中，所述的光纤单丝的直径为2μm‑5μm；所述的光纤单丝包括芯玻璃和皮玻璃，所述的芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4‑1:5；所述的激光扩束镜的透过率为85％‑90％。本发明专利技术的激光扩束镜是通过光线在光纤内的全反射和在光纤出射端的衍射来实现扩束的，本发明专利技术的激光扩束镜具有扩束、分光、匀化等功能，并可以根据需求改变光纤的排列形状以实现不同形状光斑的扩束。

【技术实现步骤摘要】
激光扩束镜及其制备方法和包含其的光路系统
本专利技术涉及光学元器件
，特别是涉及一种激光扩束镜及其制备方法和包含其的光路系统。
技术介绍
激光扩束镜按其扩束的原理可分为折射型激光扩束镜、反射型激光扩束镜。出射光束的直径要求较小时，一般会选用折射型扩束镜。如果出射光束的直径较大时，则选用反射型扩束镜。在满足激光光束放大比的条件下，应尽量选用折射型扩束镜，这是因为这种激光扩束镜的系统结构简单，便于制造和调试。折射式激光扩束镜有伽利略式扩束镜和开普勒式扩束镜。最通用的扩束镜类型起源于伽利略望远镜，通常是由一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜。输入镜将一个虚焦距光束传送给输出镜。一般的低倍数的激光扩束镜都用该原理制造，因为它简单、体积小、价格也低。虽然激光扩束镜的结构简单，但是现有的激光扩束镜缺乏灵活性，现有扩束镜存在如下问题：在光学实验中有时会需要异型或非圆形的扩束光斑，如六边形、三角形等，该类光斑可用于分析特殊光场下的光学成像理论等，但是一般的扩束镜由于其折射的原理所限，很难随意改变扩束光斑的形状。目前常用的扩束镜均为折射原理扩束，即球面镜，而目前用的扩束镜无法将复色激光分开，因此当采用复色光照射该干涉光路时产生的条纹图的条纹应该是无法被彻底分开的(不同颜色的光产生的干涉条纹会有重叠)，并且现有的扩束镜的形状固定，不能实现不同形状的扩束。当入射光为复色光时，扩束后的光斑依然为复色光斑。因此，目前的扩束镜通常是针对单色激光进行扩束的，不具有分光效果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种激光扩束镜及其制备方法和包含其的光路系统，所要解决的技术问题是现有激光扩束镜形状固定，不能灵活变换形状。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种激光扩束镜，其包括阵列排布的多根光纤单丝，其中，所述的光纤单丝的直径为2μm-5μm；所述的光纤单丝包括芯玻璃和皮玻璃，所述的芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4-1:5；所述的激光扩束镜的透过率为85％-90％。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的激光扩束镜，其中所述的激光扩束镜至少由400万根光纤单丝排列组成。优选的，前述的激光扩束镜，其中所述的光纤单丝的长度为0.1mm-0.5mm。优选的，前述的激光扩束镜，其中所述的光纤单丝的阵列排布形状为圆形、椭圆形、三角形，四边形、六边形或八边形。优选的，前述的激光扩束镜，其中所述的激光扩束镜为圆形，其直径为10-50mm。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种激光扩束镜的制备方法，其包括：拉制直径为2μm-5μm的光纤单丝，所述的光纤单丝包括芯玻璃和皮玻璃，所述的芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4-1:5；将所述的光纤单丝紧密排列为特定形状的阵列，通过热压或者涂胶的方式结合成光纤阵列棒；将所述的光纤阵列棒切割为厚度为0.1mm-0.5mm光纤阵列板，使其透过率为85％-90％，即激光扩束镜。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的激光扩束镜的制备方法，其中所述的特定形状的阵列包括圆形、椭圆形、三角形，四边形、六边形或八边形。优选的，前述的激光扩束镜的制备方法，其中相邻两排的光纤单丝错位排列。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种光路系统，其包括前述任一项所述的激光扩束镜。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的光路系统，其中所述的激光扩束镜用于对激光进行扩束、分光和匀光借由上述技术方案，本专利技术提出的激光扩束镜及其制备方法和包含其的光路系统至少具有下列优点：1、本专利技术提出的激光扩束镜包括阵列排布的多根光纤单丝，所述的光纤单丝的直径为2μm-5μm；所述的光纤单丝包括芯玻璃和皮玻璃，所述的芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4-1:5；所述的激光扩束镜的透过率为85％-90％。通过控制光纤单丝的直径为2μm-5μm，使其接近于可见光的波长，使入射的可见光发生衍射，控制其芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4-1:5，并控制透过率为85％-90％，使得本专利技术的扩束镜具有扩束、分光、匀化等功能，并可以根据需求改变光纤的排列形状以实现不同形状光斑的扩束。2、本专利技术的激光扩束镜与一般的扩束镜原理不同，本专利技术的激光扩束镜是通过光线在光纤内的全反射和在光纤出射端的衍射来实现扩束的，而一般的透镜式扩束镜则是通过光线的折射来扩束的。当不同波长的光以相同或不同倾斜的角度入射时，其扩束后的光斑会分为两个不同颜色的同心圆环，使光线达到分光效果；当光线以一定倾角入射时，根据衍射原理，扩束的光斑将会由实心变为空心，使光线达到匀光效果；由于光纤单丝的数值孔径较大，除严格垂直入射的光线外其余大部分光线也会以一定的发散角射出，会造成光强分布的均匀化；再加上光纤单丝的直径小且排列紧密，光线在出射时各个光纤单丝的衍射光斑相互叠加，出射的光斑会更加均匀，具有匀化光束光强的效果。3、本专利技术的激光扩束镜是依靠衍射实现分光功能，光以一定的入射角入射到光纤阵列上会由于衍射形成光斑或者光环。可见光入射到直径为2μm-5μm的光纤，出射时会发生较为明显的衍射现象，其原理为在光纤出射端形成了多个次波源并发生相互干涉，最终宏观地产生了发散的“光晕”，出射光会以一定的发散角射出。当入射角一定时，光斑或者光环的直径会因为波长的不同而不同。因此，若入射光为复色光时，光斑的边缘会形成复色的光晕，不同颜色的入射光经过光纤阵列以后被分开了，这是一种根据衍射原理来分光的新思路，不同于现有技术采用折射原理来分光的思路。4、本专利技术提出的激光扩束镜是采用光纤制作的扩束镜，由于是根据衍射原理扩束，其具有分光效果，复色光在扩束后不同颜色的光可以被分开，即一次实验可以获得多种颜色光所成像的图案，获得的信息量增加数倍，是一种十分方便的光学实验元件，具有很高的实用价值。5、本专利技术提出的激光扩束镜的制备方法简单，制备成本低，只需保证光纤阵列板的切口整齐即可，无需其他的冷热切削加工流程，在切割后不需要平磨、平抛等操作。6、本专利技术的激光扩束镜可用于大多数的光路系统，主要用于光学干涉实验中光路的搭设。但是如果采用这种具有分光效果的扩束镜来做复色光的干涉，不同颜色光产生的干涉条纹会在光屏上明显被分开甚至彻底被分开出现在光屏的不同位置，也就是说一次干涉实验能够出现多幅干涉条纹图，这对于光学干涉实验有很重要的意义，能够大大简化实验过程。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1a示出了光纤单丝呈圆形阵列排布的激光扩束镜；图1b示出了光纤单丝呈正三角形阵列排布的激光扩束镜；图1c示出了光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光扩束镜，其特征在于，包括阵列排布的多根光纤单丝，其中，所述的光纤单丝的直径为2μm-5μm；所述的光纤单丝包括芯玻璃和皮玻璃，所述的芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4-1:5；所述的激光扩束镜的透过率为85％-90％。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光扩束镜，其特征在于，包括阵列排布的多根光纤单丝，其中，所述的光纤单丝的直径为2μm-5μm；所述的光纤单丝包括芯玻璃和皮玻璃，所述的芯玻璃和皮玻璃的直径比为1:4-1:5；所述的激光扩束镜的透过率为85％-90％。


2.根据权利要求1所述的激光扩束镜，其特征在于，
所述的激光扩束镜至少由400万根光纤单丝排列组成。


3.根据权利要求1所述的激光扩束镜，其特征在于，
所述的光纤单丝的长度为0.1mm-0.5mm。


4.根据权利要求1所述的激光扩束镜，其特征在于，
所述的光纤单丝的阵列排布形状为圆形、椭圆形、三角形，四边形、六边形或八边形。


5.根据权利要求1所述的激光扩束镜，其特征在于，
所述的激光扩束镜为圆形，其直径为10-50mm。


6.一种激光扩束镜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾金升，赵冉，李苗，许慧超，周振宇，孙勇，刘波，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11