CN203275775U - 一种输出光斑均匀的光学整形器 - Google Patents
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Abstract
一种输出光斑均匀的光学整形器，其特征在于：包括在光轴上依次排列的光束缩放透镜、微透镜阵列和整形透镜。所述光束缩放透镜为单个透镜或者多个透镜的组合，所述微透镜阵列为矩阵方式排列的微透镜阵列，在所述微透镜阵列中的各个微透镜的曲率相同，所述微透镜阵列和所述整形透镜的中心距离为二倍微透镜焦距，入射波长不同，光学器件的材料和镀膜不同。由此，本光学整形器能够适用于峰值功率较高的灯泵浦激光输出，并且能够对不同发散角，不同光斑尺寸的激光入射光均进行匀化。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学整形领域，特别的，本实用新型涉及一种对高峰值功率、多脉冲输出的激光***进行光学整形使得输出光斑均匀的光学整形器。
背景技术
随着激光技术的发展，激光技术在人们的生产生活中的应用越来越广泛，包括如光与物质相互作用研究、激光照射治疗病变等。例如在激光医疗中，由于激光介质本身热透镜效应等各种不利的因素，使得激光输出光斑呈现例如椭圆形等不均匀分布的光斑，从而照成能量分布不均匀。这使得在照射时增加了光斑对准的难度，对治疗效果产生影响，无法进行一致性的治疗及观察。
因此，激光光斑的匀化，是当前领域研究的热门。现市面上多以半导体连续泵浦激光光斑匀化为主导。相对于半导体连续泵浦激光的激光输出，灯泵浦的固体激光器其特点是高峰值、多脉冲输出，灯棒温度更高，因此光学变形更加严重，对光学整形器件的要求相应增加。但在实际生产和工业运用中，灯泵浦的固体激光器具有低成本、组装方便的优点。
同时，虽然激光主要以平行光束射出，但在实际应用中，还存在着细微的发散角，这种发散角将影响到光学整形的效果。且不同的激光器输出光斑大小不同，难以得到所需要尺寸的匀化光斑。
因此如何针对灯泵浦输出的激光进行光学整形和匀化，不同发散角、不同光斑尺寸的激光入射，使之均能达到理想的匀化光斑的作用成为亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出输出光斑均匀的光学整形器，其能够适用于峰值功率较高的灯泵浦激光输出，并且能够对不同发散角，不同光斑尺寸的激光入射光均进行匀化。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：一种输出光斑均匀的光学整形器，其特征在于：包括在光轴上依次排列的光束缩放透镜、微透镜阵列和整形透镜。
优选地，所述光束缩放透镜为单个透镜或者多个透镜的组合。
优选地，所述光束缩放透镜为单个凸透镜或者一组反向望远镜透镜组。
优选地，所述微透镜阵列为矩阵方式排列的微透镜阵列，在所述微透镜阵列中的各个微透镜的曲率相同。
优选地，所述微透镜的焦距为f＝10mm。
优选地，入射波长不同，所述光学整形器中的光学器件具有不同的材料和镀膜。
优选地，对于1064nm的入射激光，所述光学器件采用K9玻璃或石英玻璃，并在其光学表面上镀针对1064nm的增透膜；对于2940nm的入射激光，所述光学器件采用GaF2或Si材料镜片，并在其光学表面上镀针对2940nm的增透膜。
优选地，所述微透镜阵列和所述整形透镜的中心距离为二倍微透镜焦距。
优选地，所述光束缩放透镜为单片f＝350mm的凸透镜，所述微透镜阵列为规格为10*10mm、f＝10mm的微透镜阵列，所述整形透镜为f＝150mm的凸透镜，所述光学整形器总长为170mm。
因此，本光学整形器能够适用高峰值功率，多脉冲的灯泵浦激光输出，并且针对不同发散角，不同光斑尺寸的激光入射光均进行匀化，。
附图说明
图1是根据本实用新型的输出光斑均匀的光学整形器的示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
图中1.光束缩放透镜；2.微透镜阵列；3.整形透镜；4、接收靶面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
参见图1，本实用新型提供了一种可实现输出光斑均匀的光学整形器，所述整形器包括光束缩放透镜1、微透镜阵列2、整形透镜3，三部分需依次摆放。三者位于同一光路上依次摆放。其中光学缩放透镜能够对改变入射光斑的大小，使其均投射到微透镜阵列2上，应当知道光学缩放透镜可以是单个透镜也可以是 多个透镜的组合，只要能够实现光斑缩放的功能即可。微透镜阵列2能够将入射的光束进行光学整形，然后发射到整形透镜3上，最后其匀化后的光斑位于像面4上。
优选地，本光学整形器中的光学器件形状、直径、材料、曲率、三者之间的距离，可以根据输入光束的参数及所需结果而定。特别的，本光学整形器可以对输入的激光光束进行整形和匀化。
在一个优选地实施例中，可以根据所整形激光的波长选择光学整形器中部分或者所有的光学器件的材料及膜系。具体地：针对1064nm激光可选用K9玻璃或石英玻璃，并在其光学表面上镀针对1064nm的增透膜；针对2940nm激光可选用GaF2或Si材料镜片，并在其光学表面上镀针对2940nm的增透膜。应当知道，上述材料都是本领域常用的材料，并不是特殊的材料。
在一个优选地实施例中，可以选择不同的光束缩放透镜1，以将原始入射激光经过透镜组整合成可直接射入到微透镜阵列2中的光束。应当知道光学缩放透镜可以是单个透镜也可以是多个透镜的组合，只要能够实现光斑缩放的功能即可。通常，光束缩放透镜1的通光直径要大于入射激光的光斑直径，当激光通过光束缩放透镜1时，其激光发散角将得到改变，使之能完全进入到微透镜阵列2中。根据整形器的整体尺寸要求，可以得到光束缩放透镜1与微透镜阵列2的中心距离，以及进一步的透镜组曲率参数。
在一个具体的实施例中，入射激光的光斑直径为14mm，而微透镜阵列2的尺寸为10*10mm，此时光束缩放透镜1可以为一片凸透镜或一组反向望远镜透镜组作为光束缩放透镜1，以使激光光束能完全进入微透镜阵列2。
在一个具体的实施例中，微透镜阵列2为矩阵方式排列的微透镜阵列，在阵列中的各个微透镜的曲率相同。根据接收靶面4的光斑尺寸要求，通过排比计算确定微透镜阵列2的单透镜尺寸、曲率及整形透镜3的曲率，得出微透镜阵列2和整形透镜3的中心距离，以及整形透镜3到接收靶面4的距离，在一个优选的实施例中，微透镜阵列2的焦距为f＝10mm。
在一个具体的实施例中，微透镜阵列2和整形透镜3的中心距离为二倍微透镜焦距左右为最佳，这样可有效避开因透镜聚焦造成的高破坏阈值损伤，使本整形器可以在大功率激光设备下使用。
因通过光束缩放透镜1的激光发散角差异，在具体实施的时候，需对各个光学器件之间的距离进行微调，以接收靶面4处的效果为准。
以下公开了一个具体的输出光斑均匀的光学整形器，其中：入射激光光斑Ф14mm、发散角3mrad，希望在靶面4处得到匀化光斑大小为Ф6mm，整形器总长范围为160～200mm。
对此采用了如下的方案：因入射激光光斑较大，光束缩放透镜1选用压缩光斑方式，微透镜阵列2选用10*10mm微透镜阵列。因靶面4处要求匀化光斑大小为Ф6mm，且根据总长要求，通过排比计算确定微透镜阵列2的规格f＝10mm为最佳曲率，此曲率也是最常用的曲率。单透镜尺寸为0.3mm，整形透镜3与微透镜阵列2的距离则为20mm最佳。因入射光压缩，得到最佳成像距离在50～60mm处。反推得出光束缩放透镜1与微透镜阵列2的中心距离，则可计算光束缩放透镜1的曲率。
结果：光束缩放透镜1选用单片f＝350mm凸透镜，微透镜阵列2选用10*10mm、f＝10mm的微透镜阵列，整形透镜3选用f＝150mm的凸透镜，整形器总长，即从光束缩放透镜到接收靶面的距离为170mm左右。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (9)
1.一种输出光斑均匀的光学整形器，其特征在于：包括在光轴上依次排列的光束缩放透镜、微透镜阵列和整形透镜。
2.根据权利要求1所述的光学整形器，其特征在于：所述光束缩放透镜为单个透镜或者多个透镜的组合。
3.根据权利要求2所述的光学整形器，其特征在于：所述光束缩放透镜为单个凸透镜或者一组反向望远镜透镜组。
4.根据权利要求1所述的光学整形器，其特征在于：所述微透镜阵列为矩阵方式排列的微透镜阵列，在所述微透镜阵列中的各个微透镜的曲率相同。
5.根据权利要求4所述的光学整形器，其特征在于：所述微透镜的焦距为f＝10mm。
6.根据权利要求1所述的光学整形器，其特征在于：入射波长不同，所述光学整形器中的光学器件具有不同的材料和镀膜。
7.根据权利要求6所述的光学整形器，其特征在于：对于1064nm的入射激光，所述光学器件采用K9玻璃或石英玻璃，并在其光学表面上镀针对1064nm的增透膜；对于2940nm的入射激光，所述光学器件采用GaF2或Si材料镜片，并在其光学表面上镀针对2940nm的增透膜。
8.根据权利要求1所述的光学整形器，其特征在于：所述微透镜阵列和所述整形透镜的中心距离为二倍微透镜焦距。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的光学整形器，其特征在于：所述光束缩放透镜为单片f＝350mm的凸透镜，所述微透镜阵列为规格为10*10mm、 f＝10mm的微透镜阵列，所述整形透镜为f＝150mm的凸透镜，从所述光束缩放透镜到接收靶面的距离为170mm。
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