[发明专利]一种实现光束均匀化的方法及光学器件

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种实现光束均匀化的方法及光学器件。

背景技术

随着LD(Laser Diode，激光二极管)、LED(Light Emitting Diode，发光二级光)、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射半导体激光器)等半导体激光器、固体激光器和气体激光器应用日益广泛，非均匀光束，尤其是高斯光束的均匀化在许多应用领域中成为非常必要的问题。如激光照射，测距，自由空间光通信、激光泵浦、全息照相、相干光数据处理、高分辨动态红外雷达系统、激光打孔、激光打标、激光焊接、激光影印及光信息技术等的很多应用领域均要求光束均匀照射目标。

目前，对不均匀光束的均匀化都是采用多片镜片对不均匀光束进行均匀化，请参见图1所示，图1为现有技术中实现光束均匀化的原理示意图，该方法利用分束装置将所述光源1传来的光束转换成多条近似平行的光束，该分束装置包括第一分束镜11和第二分束镜12；利用光叠合装置，用来将所述多条光束叠合以形成一比光源所发出原光束更为均匀的叠合光束，该叠合装置包括：第一叠合透镜21和第二叠合透镜22，利用第一叠合透镜21，为一凸透镜，设于在分束装置的后侧，用来接收所述分束装置传来的多条近似平行的光束，利用第二叠合透镜22，为一凹透镜，平行地设置于第一叠合透镜之后且位于所述第一叠合透镜的焦距之内，用来接收所述第一叠合透21镜所传来的多条光束，其中，第一叠合透镜21与第二叠合透镜22的光轴相互重合以形成一中心轴。

还有一种采用非球面透镜实现光束均匀化的方法，请参见图2和图3所示，图2为采用多片非球面透镜实现光束均匀化的实施例原理示意图，图3为采用多片非球面透镜实现光束均匀化的另一实施例原理示意图，图2中的201和202以及图3中301和302均为非球面透镜，采用光程差相等原理，推出了伽利略和开普勒两种高斯光束均匀化系统。图2中第一个平凹(平凸)非球面透镜把高斯光束发散(汇聚)后通过第二个凸平非球面透镜后，出射光束为均匀分布光束；图3中第一个平凸非球面透镜把高斯光束汇聚后通过第二个凸平非球面透镜后，出射光束为均匀分布光束，该系统很多时候也采用3片或3片以上的透镜来实现对应非均匀光束的均匀化。

图1、图2或图3所示的实现光束均匀化的系统，此种方法需要多片镜片或需要采用两个高次非球面的非球面透镜，这样数量较多的光学器件的调试过程很复杂，因此也容易导致误差的出现，同时这样的光学系统的制造成本和制造难度都非常高，不容易实现大规模的使用。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种实现光束均匀化的方法及光学器件，能够利用单个光学元件对非均匀光束进行有效的均匀化，并节省成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种实现光束均匀化的方法，包括：

光学器件的第一非球面接收输入的非均匀光束，并将光束进行发散或者聚焦；

光学器件的第二非球面通过改变所述经第一非球面发散或聚焦后光束的相位输出准直为均匀分布的平顶光束，所述第二非球面的弯曲方向和所述第一非球面的弯曲方向一致。

相应的，本发明实施例提供一种光学器件，包括：

第一非球面，所述第一非球面用于接收输入的非均匀光束，并将光束进行发散或者聚焦；

第二非球面，所述第二非球面通过改变经所述第一非球面发散或聚焦后光束的相位输出准直为均匀分布的平顶光束，所述第二非球面的弯曲方向和所述第一非球面的弯曲方向一致。

本发明实施例通过利用双非球面透镜的第一非球面来接收输入的非均匀光束，并将光束进行发散或者聚焦，利用第二非球面通过改变所述经第一非球面发散或聚焦后光束的相位输出准直为均匀分布的平顶光束的方法能够采用最少的光学器件完成非均匀光束的均匀化，避免多个光学器件的复杂调试，同时节约了使用成本和制造成本。

附图说明

图1为现有技术中实现光束均匀化的原理示意图；

图2为采用多片非球面透镜实现光束均匀化的实施例原理示意图；

图3为采用多片非球面透镜实现光束均匀化的另一实施例原理示意图；

图4为本发明实施例实现光束均匀化的方法流程示意图；

图5为本发明实施例实现光束均匀化的光学器件及其光路的一实施例示意图；

图6为本发明实施例实现光束均匀化的光学器件及其光路的另一实施例示意图。

具体实施方式