專利名稱：一種片狀光束勻滑整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光束整形技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種將面光源整形為分布均勻的片狀光束的裝置。
背景技術(shù)：
在激光加工、激光應(yīng)用和激光通信等科學(xué)研究過程中，常常需要對光束進(jìn)行勻滑整形，即將光束整形為光強(qiáng)分布均勻且形狀滿足特殊要求的光束。比如在利用激光診斷技術(shù)定量測量燃燒流場分布參數(shù)中，常需要將圓形的激光光束整形為光強(qiáng)分布均勻的片狀光束?，F(xiàn)有光束勻滑整形方案通常采用衍射光學(xué)元件、ニ元光學(xué)元件、復(fù)雜棱鏡或透鏡系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)可以獲得較好的勻滑整形效果，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，且一般是在光束的特定橫截面上實現(xiàn)光束勻滑，而不是獲得均勻的線狀光束。專利“一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)”(中國專利，申請?zhí)?00910273392. 8)中，設(shè)計了一種線狀光束整形系統(tǒng)，只在光束的截面上形成均勻的線光束，而沿光束傳播方向不能滿足光強(qiáng)均勻分布的要求；文獻(xiàn)“線激光束均勻化整形方法研究”(應(yīng)用光學(xué)，2009，30 (3) :523-526)，給出了ー種利用三角楔柱透鏡改善線激光均勻性的新方法，實現(xiàn)了光束勻滑，但這種方法只在入射光為高斯光束時使用，難以滿足普通非高斯光束的應(yīng)用，而且會存在干渉的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種片狀光束勻滑整形裝置，對普通的面光源勻滑整形，使其成為光強(qiáng)均勻分布的片狀光束，滿足燃燒流場測試中特殊場合的應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種片狀光束勻滑`整形裝置，包括沿光路依次設(shè)置的光纖耦合透鏡，光纖束、球面透鏡和柱面透鏡，輸入面光源經(jīng)光纖耦合透鏡聚焦后入射至光纖束，經(jīng)光纖束傳輸后依次入射至球面透鏡和柱面透鏡；光纖束入射端面的光纖排布截面與輸入面光源相匹配，光纖束的出射端面排布為線狀，且柱面透鏡的柱面中心線與整形光纖束出射端面的光纖排布線相平行。上述片狀光束勻滑整形裝置中，光纖束入射端面的光纖排布截面形狀為正六邊形、矩形、正方形、圓形或橢圓形。上述片狀光束勻滑整形裝置中，球面透鏡有效通光口徑與透鏡焦點形成的張角大于或等于光纖束的光纖輸出光束發(fā)散角。上述片狀光束勻滑整形裝置中，光纖束的光纖為石英光纖或紅外光纖。上述片狀光束勻滑整形裝置中，光纖束的光纖為多模光纖。上述片狀光束勻滑整形裝置中，光束面光源為激光束。本發(fā)明具有以下的有益效果1、本發(fā)明通過特殊結(jié)構(gòu)排布的光纖束并結(jié)合柱面透鏡整形，實現(xiàn)了面光源向片狀光束的整形和勻滑，使得光束傳播方向的一段區(qū)域內(nèi)均可產(chǎn)生均勻的片狀光束，滿足了實驗中對光束形狀和光強(qiáng)均勻性的要求。2、本發(fā)明在整形裝置中引入光纖束，利用光纖束的可彎曲特性，方便了實驗中光學(xué)系統(tǒng)的合理布局。3、本發(fā)明的勻滑整形裝置能夠消除光場相干的影響，勻滑后的光束不存在干渉、衍射條紋，滿足了光強(qiáng)均勻性要求。4、本發(fā)明的勻滑整形裝置對輸入光束的特性和參數(shù)要求較低，適用于多種形式的面光源。5、本發(fā)明的勻滑整形裝置可使得光束傳播方向的一段區(qū)域內(nèi)均可產(chǎn)生均勻的片狀光束。
圖1為本發(fā)明片狀光束勻滑整形裝置主視圖；圖2為本發(fā)明片狀光束勻滑整形裝置俯視圖；圖3為本發(fā)明光纖束入射端面的光纖排布示意圖；圖4為本發(fā)明光纖束出射端面的光纖排布不意圖；圖5為本發(fā)明勻滑整形效果照片；其中1_光纖稱合透鏡,2-光纖束,3-球面透鏡,4-柱面透鏡,5-面光源,6-片狀光束。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，勻滑整形裝置包括光纖耦合透鏡1，光纖束2，球面透鏡3和柱面透鏡4，面光源5經(jīng)光纖耦合透鏡I聚焦后入射至光纖束2，經(jīng)光纖束2傳輸后依次入射至球面透鏡3和柱面透鏡4，進(jìn)行整形。這種勻滑整形裝置能夠消除光場相干的影響，勻滑后的光束不存在干渉、衍射條紋，此外勻滑整形裝置可使得光束傳播方向的一段區(qū)域內(nèi)均可產(chǎn)生均勻的片狀光束6，應(yīng)用中可根據(jù)光束的尺度進(jìn)行選擇。如圖3和圖4所不,光纖束2入射端面的光纖排布截面與被整形面光源相匹配,可以是正六邊形、矩形、正方形、圓形或橢圓形。光纖束2的兩端安裝有光纖接頭，光纖排布截面的形狀依靠光纖接頭上孔的形狀和光纖排布位置而定。光束勻滑由單根光纖勻滑和光纖束勻滑共同完成，就單根多模光纖而言，激光在光纖內(nèi)傳輸時，不同角度入射的激光會經(jīng)過不同次數(shù)的反射，傳輸?shù)捷敵隹诏B加混合后獲得均勻光束。光纖束2由多根光纖組成,能夠?qū)⒃嫉拿婀馐指畛啥鄠€點光源，經(jīng)過光纖傳輸后，每根光纖的出射光束在空間上相互重合，進(jìn)ー步實現(xiàn)光束勻滑。光纖束2的出射端面排布為線狀，且柱面透鏡4的柱面中心線與光纖束2出射端面的排布線相平行。其中柱面中心線是特指柱面透鏡4的圓柱面被橫截為若干個圓或半圓時，若干個圓或半圓曲率中心的連線。由于柱面透鏡4只對柱面中心線方向的光束進(jìn)行縮束(見圖2)，而對柱面中心線垂直方向的光束無影響(見圖1)，這樣在出射光軸方向上就形成ー個均勻片狀光束6，且片狀光束6所在的平面與整形光纖束2出射端面的光纖排布線相平行。作為ー種優(yōu)選方式，球面透鏡通光口徑對透鏡焦點的張角與光纖的發(fā)散角相等，這樣光纖束接收的入射光為聚焦后的光斑，勻滑的效果會更好。下面給出具體實施例以氦氖激光器為光源，利用所設(shè)計的片狀光束勻滑整形裝置對氦氖激光束進(jìn)行了勻滑整形，并對其勻滑效果采用光束質(zhì)量分析儀(LBA)進(jìn)行了測量分析，結(jié)果如圖5所示。裝置中所用光纖束2由37根芯徑為200微米的石英光纖組成，輸入端成正六邊形排布，輸出端成線性排布，光纖的數(shù)值孔徑為0. 22 ;所用球面透鏡3為石英透鏡，直徑50毫米，焦距100毫米，透鏡的有效通光口徑對位于透鏡焦點處的光纖輸出端形成的張角略大于光纖輸出光束的發(fā)散角；所用柱面透鏡4為石英透鏡,長50暈米,寬40暈米，焦距500毫米。氦氖激光器6發(fā)出的激光經(jīng)耦合透鏡I后輸入到光纖束2中，經(jīng)光纖束2輸出的光束，由球面透鏡3進(jìn)行準(zhǔn)直，再由柱面透鏡4壓縮形成所需的片狀激光，光束質(zhì)量分析儀用于接收、分析勻滑后的片狀光束6，并對勻滑效果進(jìn)行評價。由圖5可以看出，利用該裝置可以獲得較好的勻滑效果。本發(fā)明已經(jīng)成功用于燃燒流場測量實驗中。
權(quán)利要求
1.一種片狀光束勻滑整形裝置，其特征在于包括沿光路依次設(shè)置的光纖耦合透鏡(I)、光纖束(2)、球面透鏡(3)和柱面透鏡(4)，待整形的面光源(5)經(jīng)光纖耦合透鏡(I)聚焦后入射至光纖束(2)，經(jīng)光纖束(2)傳輸后依次入射至球面透鏡(3)和柱面透鏡(4);所述光纖束(2)入射端面的光纖排布截面與面光源(5)相匹配,光纖束(2)的出射端面排布為線狀，且柱面透鏡(4)的柱面中心線與整形光纖束(2)出射端面的光纖排布線相平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀光束勻滑整形裝置，其特征在于所述光纖束(2)入射端面的光纖排布截面形狀為正六邊形、矩形、正方形、圓形或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的片狀光束勻滑整形裝置，其特征在于所述球面透鏡(3)有效通光口徑與透鏡焦點形成的張角大于或等于光纖束(2)的光纖輸出光束發(fā)散角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀光束勻滑整形裝置，其特征在于所述光纖束(2)的光纖為石英光纖或紅外光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的片狀光束勻滑整形裝置，其特征在于所述光纖束(2)的光纖為多模光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀光束勻滑整形裝置，其特征在于所述面光源(5)為激光束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種片狀光束勻滑整形裝置，包括沿光路依次設(shè)置的光纖耦合透鏡、光纖束、球面透鏡和柱面透鏡，輸入面光源經(jīng)光纖耦合透鏡聚焦后入射至光纖束，經(jīng)光纖束傳輸后依次入射至球面透鏡和柱面透鏡；所述光纖束入射端面的光纖排布截面與輸入面光源相匹配，光纖束的出射端面排布為線狀，且柱面透鏡的柱面中心線與整形光纖束出射端面的光纖排布線相平行。本發(fā)明通過特殊結(jié)構(gòu)排布的光纖束并結(jié)合柱面透鏡整形，實現(xiàn)了面光源向片狀光束的整形和勻滑，使得光束傳播方向的一段區(qū)域內(nèi)均可產(chǎn)生均勻的片狀光束，滿足了實驗中對光束形狀和光強(qiáng)均勻性的要求。
文檔編號G02B27/09GK103064190SQ20121059096
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者張振榮, 趙新艷, 王晟, 葉景峰, 胡志云, 葉錫生 申請人:西北核技術(shù)研究所