[发明专利]一种波前重组的光束准直均匀方法及其光源系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其是一种波前重组的光束准直均匀方法及其光源系统。

背景技术

随着近年来发光二极管(LED)光效的不断提高和大功率LED的开发，LED的应用领域也在不断扩展，已开始被应用于仪器光源。它体积小、结构简单、价格低，在仪器的小型化和集成化方面具有很大优势。但是，在很多光学系统中，如光学椭偏成像仪、太阳仿真器的照明系统、可用于农作物培养的生物光源、缺陷检测仪器等，需要采用扩展的平行光照明待测面，不仅要求被照面上有一定的光照强度，还对准直光束截面的光强均匀性要求很高，一般要求均匀度在90％以上。而LED的发散角大，光强呈大致的余弦分布，通常被认为是近似的朗伯光源，这样的光场分布，如果不经过合适的光学系统处理而直接应用于仪器光源，难以满足仪器照明系统所需要达到的性能指标。而且LED的芯片表面有金属电极的接触面，对光发射有一定干扰，容易产生中央暗斑，凸显其芯片表面的不均匀性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能使光源分解，并按一定规律排列，再使光波叠加，从而达到光强分布均匀、准直度高的波前重组的光束准直均匀方法，本发明的进一步目的是提供一种实施上述方法的光源系统。

为实现上述目的，本发明一种波前重组的光束准直均匀方法，具体为：将光源发出的光通过透镜组会聚，会聚光经由一光纤束导出，射出光经过准直透镜的透射后，可得到准直均匀的光束。

进一步，所述光纤导出光经过准直透镜前穿射一小孔光阑。

进一步，所述小孔光阑位于所述准直透镜的焦点上。

一种实施上述方法的波前重组的光束准直均匀光源系统包括LED光源、透镜组、光纤束和准直透镜。LED光源发出光波经过透镜组会聚成光斑，该光斑经由光纤束传输，光纤束输出光直接经过准直透镜后输出准直均匀光束。

进一步，所述系统可添加一小孔光阑，所述光纤束输出光先穿射小孔光阑，该小孔光阑设置在准直透镜的焦点上，小孔光阑输出光再通过准直透镜后输出准直均匀光束。

进一步，所述光纤束采用多模光纤。

进一步，波前重组光波均匀器件也可以是蝇眼透镜、匀光棒等光学元件。

本发明通过利用光纤束作为波前重组光波均匀器件，并能够控制出射光束准直度并保证均匀度。利用该方法设计的光源系统结构简单紧凑，可以应用于对准直度和均匀度要求都很高的光学系统。

附图说明

图1为本发明光波准直均匀方法原理图；

图2为光纤多次全反射匀光原理；

图3为本发明光源系统结构示意图；

图4为准直透镜的光路优化设计图。

具体实施方式

根据波动理论，光波从波源向一定方向传播，在某一时刻，波所到达的空间内，具有同位相的各点所组成的面称为波阵面。离波源最远的波阵面称为波前。根据波前的不同，可以将波动分为不同的形式，如波前为平面的是平面波，波前为球面的是球面波。由普通的发光二级管在近距离得到的光波，波的幅度并不均匀，波前既不是平面也不是球面，其幅度在中心轴线附近最强，离开轴线越远光场越弱。波前重组的光波均匀方法的原理如图1所示，将光波分离为多个波前，并按一定的要求进行排列，使强度分布曲线中高低部分对应叠加，合成后的强度分布在一定范围内。合成波的某些叠加部分光强比较均匀，可近似看作均匀发光点，再由准直透镜将其波前变换为近似平面波。

这种波前重组的均匀方法的特点是有一个能使光源分解，并按一定规律排列的光学部件，本发明中采用光纤束作为光源分解和重新规律排列的光学部件，光纤束结构简单、造价低、均匀性好，并且以其柔软型可在空间内进行很好的布置，易于固定和调试，从而为利用本发明所制备的光源系统提供了可发展的空间。

光纤一般由圆柱状介质组成，其内层纤芯的折射率比外层包层的折射率大，当入射光在光纤内的入射角大于全反射临界角时，在两层界面上发生多次全反射，光从光纤的一端传到另一端。传光光纤一般采用多模光纤，可以同时传输多种模式的光波。它把以光波形式出现的电磁能量，利用全反射的原理约束在其波导内，并引导光波沿着与光纤轴线平行的方向传播。