【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学设计领域，尤其涉及一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件。
技术介绍
1、光学谐振腔是激光器的核心组成部分，为了获得好的光束质量和大的基横模体积，通常采用非稳腔结构。几何放大率是非稳腔的重要参数，同激光器的提取效率和光束质量息息相关。几何放大率大，光束占空比高，激光器提取效率低，对应的远场主光斑亮度高。因此若想获得高功率高占空比光束，需要扩大增益体积规模，同时不利于热管理和尾气处理，导致系统过于庞大，不利于系统集成。因此本专利技术在低增益规模下提出一种同轴反射式光束占空比变换组件，在激光器中采用小的几何放大率非稳腔结构，充分提取激光器中的能量，获得高的输出功率和光束质量，再通过一组整形镜组件实现光束占空比变换，提高激光器远场主斑亮度，解决了占空比、功率和系统规模之间的矛盾问题，提高了系统的集成度，有极大的工程应用价值。
2、常规的同轴整形镜组件通常含有支撑筋机械结构，当强激光穿过时会辐照支撑筋结构，导致其受热发生形变，整形光学元件失调，造成光束质量变差，或者对支撑筋需要进行杂光防护，增加了设计和加工成本，功率损失。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，通过一组高次非球面镜组就可以实现光斑尺寸的变化，进而实现占空比的变化，在低增益规模下实现高功率大占空比高光束质量输出。
2、一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，包括反射镜(1)、带孔耦合镜(2)、高次非球面凹面镜(3)、高次非球面凸面镜(
3、其中，所述反射镜(1)将环形光束反射注入带孔耦合镜(2)，带孔耦合镜(2)将环形光束依次通过高次非球面凹面镜(3)、高次非球面凸面镜(4)完成环形光束尺寸由大到小的变化，最后输出光斑尺寸变小的环形光束；
4、或者，所述环形光束通过高次非球面凹面镜(3)内孔后依次通过高次非球面凸面镜(4)、高次非球面凹面镜(3)、带孔耦合镜(2)完成环形光束尺寸由小到大的变化，最后输出光斑尺寸变大的环形光束。
5、进一步地，当需要输出光斑尺寸变小的环形光束时，高次非球面凹面镜(3)为带孔的高次非球面凹面镜(3)；
6、其中，带孔的高次非球面凹面镜(3)位于带孔耦合镜(2)的右侧，高次非球面凸面镜(4)位于带孔耦合镜(2)的左侧，且带孔高次非球面凹面镜(3)与高次非球面凸面镜(4)同轴，两者的轴线穿过带孔耦合镜(2)的中间内孔；环形光束通过带孔耦合镜(2)反射至带孔的高次非球面凹面镜(3)的表面，高次非球面凹面镜(3)将环形光束通过带孔耦合镜(2)的中间内孔入射至高次非球面凸面镜(4)，高次非球面凸面镜(4)处形成的光斑尺寸变小的环形光束再依次通过带孔耦合镜(2)的中间内孔、高次非球面凹面镜(3)的中间内孔进行输出。
7、进一步地，当环形光束由大尺寸光斑向小尺寸光斑变化时，环形光束的占空比可能变大也可能变小，其占空比根据带孔耦合镜(2)与高次非球面凹面镜(3)的开孔大小决定；
8、同时，假设入射到带孔耦合镜(2)的环形光束的外圆半径为a、内圆半径为b，则带孔耦合镜(2)的内圆直径d1，外圆直径d2需满足以下条件：
9、
10、
11、其中，θ为入射到带孔耦合镜(2)的环形光束的入射角。
12、进一步地，当需要输出光斑尺寸变大的环形光束时，高次非球面凹面镜(3)为带孔的高次非球面凹面镜(3)；
13、其中，带孔的高次非球面凹面镜(3)位于带孔耦合镜(2)的右侧，高次非球面凸面镜(4)位于带孔耦合镜(2)的左侧，且带孔的高次非球面凹面镜(3)与高次非球面凸面镜(4)同轴，两者的轴线穿过带孔耦合镜(2)的中间内孔；环形光束依次通过带孔高次非球面凹面镜(3)中间内孔、带孔耦合镜(2)中间内孔，入射至高次非球面凸面镜(4)进行反射，高次非球面凸面镜(4)将环形光束通过带孔耦合镜(2)中间内孔反射至高次非球面凹面镜(3)，高次非球面凹面镜(3)处形成的光斑尺寸变大的环形光束再依次通过带孔耦合镜(2)表面进行输出。
14、进一步地，当环形光束由小尺寸光斑向大尺寸光斑变化时，环形光束的占空比可能变大也可能变小，其占空比根据带孔耦合镜(2)与高次非球面凹面镜(3)的开孔大小决定；
15、同时，假设入射到带孔耦合镜(2)的环形光束的外圆半径为a、内圆半径为b，则带孔耦合镜(2)的内圆直径d1，外圆直径d2需满足以下条件：
16、
17、
18、其中，θ为入射到带孔耦合镜(2)的环形光束的入射角。
19、进一步地，当需要将最终输出的环形光束的光斑尺寸由大尺寸变换至指定的小尺寸时，高次非球面凹面镜(3)、高次非球面凸面镜(4)的曲面方程的确定方法如下：
20、假设初始入射的环形光束的高度为x，外径为a，内径为b，局部光强为i1(x)，最终出射的环形光束的高度为y，外径为c，内径为d，局部光强为i2(y)；
21、定义环形光束整形变换的局部扩束面积比σ(x)如下：
22、
23、其中，y′为y关于x的导数；
24、定义环形光束的整体扩束面积比如下：
25、
26、根据能量守恒满足：
27、i2(y)d(y2)＝i1(x)d(x2)
28、s(x)＝d(y2)/d(x2)
29、其中，d(x2)为初始入射的环形光束的单位面积，d(y2)为最终出射的环形光束的单位面积，s(x)为面积比值；
30、获取局部光强变换关系如下：
31、
32、将初始入射的环形光束与最终出射的环形光束的光束变换方程定义如下：
33、y＝f(x)
34、其中，光束变换方程满足以下边界关系：
35、i2(y)d(y2)＝i1(x)d(x2)
36、c＝f(a)
37、d＝f(b)
38、
39、定义光束变换方程y＝f(x)的边界斜率α和β如下：
40、α＝f'(a)
41、β＝f'(b)
42、其中，边界斜率α为初始入射的环形光束外缘处的径向扩束比，边界斜率β为初始入射的环形光束内缘处的径向扩束比；
43、根据以上边界条件关系，α、β满足如下关系式：
44、
45、
46、进一步变换得到：
47、
48、初始入射的环形光束的高度x、最终出射的环形光束的高度y分别按照以下公式进行归一化：
49、
50、
51、辅助变量u、v的取值范围为0～1，且u和v表示光束正反向变换关系如下：
52、v＝v(u),u∈[0,1]
53、u＝u(v),v∈[0,1]
54、将正向变换关系v(u)和反向变换关系u(v本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，包括反射镜(1)、带孔耦合镜(2)、高次非球面凹面镜(3)、高次非球面凸面镜(4)；
2.如权利要求1所述的一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，当需要输出光斑尺寸变小的环形光束时，高次非球面凹面镜(3)为带孔的高次非球面凹面镜(3)；
3.如权利要求2所述的一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，当环形光束由大尺寸光斑向小尺寸光斑变化时，环形光束的占空比可能变大也可能变小，其占空比根据带孔耦合镜(2)与高次非球面凹面镜(3)的开孔大小决定；
4.如权利要求1所述的一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，当需要输出光斑尺寸变大的环形光束时，高次非球面凹面镜(3)为带孔的高次非球面凹面镜(3)；
5.如权利要求3所述的一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，当环形光束由小尺寸光斑向大尺寸光斑变化时，环形光束的占空比可能变大也可能变小，其占空比根据带孔耦合镜(2)与高次非球面凹面镜(3)的开孔大小决定；
6.如权利要求1
...【技术特征摘要】
1.一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，包括反射镜(1)、带孔耦合镜(2)、高次非球面凹面镜(3)、高次非球面凸面镜(4)；
2.如权利要求1所述的一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，当需要输出光斑尺寸变小的环形光束时，高次非球面凹面镜(3)为带孔的高次非球面凹面镜(3)；
3.如权利要求2所述的一种同轴反射式光束占空比变换反射镜组件，其特征在于，当环形光束由大尺寸光斑向小尺寸光斑变化时，环形光束的占空比可能变大也可能变小，其占空比根据带孔耦合镜(2)与高次非球面凹面镜(3)的开孔大小决定；
4.如权利要求1所述的一种同轴反射式光...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨珍，任晓明，刘现魁，王禹苏，于东海，池伟，金立武，隋然，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：
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