[实用新型]一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于产生激光射线的装置，尤其涉及一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置。

背景技术

欧洲专利EP1489439A1公开了一种装置，该装置含两个均匀化级，每个级都有一个在入射面上带柱面透镜阵列以及在出射面上带有与前者正交的柱面透镜阵列，通过这种两级式的结构，既可以使激光束的空间分布均匀化，也可以使它的角度分布均匀化。在这样的装置中有以下缺点，即当透镜阵列的焦距被预先确定后，该装置就给定了一个固定的角度分布。这个角度分布通过透镜的傅立叶变换在工作面上只能得到了一个预定大小的均匀辐照区域。要想改变辐照区域的大小就得使用昂贵的变焦透镜。

中国专利CN101165540A公开了一种用于产生激光均匀角度分布的装置，该装置含三个均匀化级，通过改变第一和第二，或第二和第三均匀化级间的距离，使得角度大小发生变化，从而获得工作面上的照射区域大小发生变化。这样装置的不足之处在于，在改变均匀化级间的纵向距离并保持其相对的横向位置时，要求很高的调整精度，需要精密设施，因为均匀化级一般都是微透镜阵列。

中国专利CN1617011A公开了一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，用自聚焦透镜的位置变化来改变激光束的发散角度。该装置不能均匀激光束的角度分布，只是缩放原有激光束的角度分布。

实用新型内容

本实用新型针对现有用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置存在的上述不足，提供一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置，该装置只需移动光弥散元件的位置，即可产生具有均匀角度分布的激光射线且角度大小连续可变。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置包括激光束源、准直透镜和光弥散元件；所述激光束源位于准直透镜的前焦点处，其焦距为F；所述光弥散元件位于激光束源和准直透镜之间；当所述光弥散元件和准直透镜之间的距离为M时，所述光弥散元件的弥散角度为U，激光束源产生的光束通过光弥散元件形成子光束，子光束通过准直透镜后发散角度为U’，其中，tanU’＝(1+M/F)tanU。

所述激光束源经准直透镜后变成平行光束，所述激光束的任一细光束通过光弥散元件后形成角辐照均匀分布的子光束，其发散角度称为弥散角U；所述子光束通过准直透镜后，子光束的发散角变为U’，并满足如下物象关系tanU’＝(1+M/F)tanU。改变光弥散元件到准直透镜的距离M，即可实现输出子光束发散角U’的连续可变，大量子光束经准直透镜L合束，便实现均匀分布的角辐照。

本实用新型的有益效果是：本实用新型用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置为了实现激光束发散角连续可变且角辐照分布均匀，只需移动光弥散元件的位置，即可产生具有均匀角度分布的激光射线，该装置结构紧凑，且操作简单，不需精密元件，造价低。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，还包括聚焦透镜，所述准直透镜位于光弥散元件和聚焦透镜之间，子光束在聚焦透镜的焦平面上形成均匀分布的辐照光斑，其光斑半径为f*tanU’，其中f为聚焦透镜的焦距。大量子光束经准直透镜合束后，实现均匀分布的角辐照，再经聚焦透镜，在其后焦平面上形成均匀分布的辐照光斑，其光斑半径为f*tanU’，其中f为聚焦透镜的焦距。改变光弥散元件到准直透镜的距离M，即可实现输出子光束发散角U’的连续可变和聚焦透镜后焦平面上均匀光斑大小连续可变且辐照均匀分布。

根据上述几何光学物象关系tanU’＝(1+M/F)tanU以及各参数正负号的规定，不难看出，当光弥散元件靠近准直透镜时，如M＝0，则U’＝U，准直透镜的作用相当于光弥散元件的场镜，只改变子光束的主光线方向，并不改变出射子光束的发散角。当光弥散元件位于准直透镜的前焦点处，即M＝-F，则U’＝0，准直透镜将从光弥散元件出射的子光束也准直了，即插入在前焦点上的光弥散元件对出射子光束不引入发散角。当准直透镜为正透镜时，即F＞0，M＜0，则U’＜U，说明当光弥散元件远离准直透镜时，出射子光束的发散角变小。当准直透镜为负透镜时，即F＜0，M＜0，则U’＞U，说明当光弥散元件远离准直透镜时，出射子光束的发散角变大。

进一步，所述激光束源为发散光束源或者汇聚光束源，即所述激光光源包括点源，如半导体激光和光纤输出的激光；也包括用透镜汇聚或发散的激光束。特别是对高能激光束，可以用发散的虚拟激光束源来避免在装置中形成高能密度的实焦点。

进一步，所述发散束光源为半导体激光或者经负透镜所成的虚拟源或者经正透镜所成的实际源。