[实用新型]带反射功能的柱面镜

说明书

所属技术领域

本实用新型为一种带有反射面的柱面镜，在将光束进行柱面镜变换的同时改变光束传播方向，属于应用光学和激光领域。

背景技术

随着大功率半导体激光器的工艺水平的提高，越来越多的工业激光应用开始采用半导体激光器作为光源。半导体激光的一个重要特点是发光光束具有不对称性。通常在所谓快轴方向发散角比较大而在慢轴方向发散角比较小。在应用当中，需要针对这种不对称性来进行光束整形。例如在光束准直当中，通常使用一个短焦距柱面镜先在快轴方向进行准直，然后再通过一个长一些焦距的柱面镜进行慢轴准直。这种方法已经成为半导体激光整形当中最常用的方法。基于这种方法，人们设计了多种结构来实现多只半导体激光器光束的整形和合束，例如第200610149340.6号专利。另外一种更常见的方案是在快、慢轴整形的基础上，利用多个反射镜分别将多只半导体激光器所发出的经柱面镜准直的光束偏转一个角度以实现将多光束合并成一个光束的目的，例如第201010174581.2号专利、美国专利7733932等。在这些方案中，使用独立的棱镜或者镀有反射膜的平面镜作为反射镜。每只反射镜都需要至少二维平移、二维转动的位置调整，而且慢轴准直柱面镜也需要二维平移、三维转动的位置调节。由于每只激光器输出光束的整形变换都需要一个慢轴准直柱面镜和一个反射镜分别独立调整，当激光器数目比较多时，这种位置调节将会耗费大量的时间，使工作效率降低；同时，光学元件数量过多对系统的长期稳定可靠工作也会有不利影响。

发明内容

为了降低多只半导体激光器的光束整形合束的复杂度，本实用新型提出了一种利用光的全反射，将反射和柱面镜结合起来的光学元件。这种光学元件可以看成是一个增加了一个反射面的柱面镜，也可以看成是一个将一个出(入)光平面改成柱面的三棱镜。

该光学元件由光学玻璃制成，功能光学面有三个：一个圆柱面，两个平面，如图1和图2所示。圆柱面(1)和一个平面(2)为通光面，另外一个平面(3)为反射面，通光平面(2)与反射平面(3)之间不平行，成一定夹角。一种方案圆柱面(1)的轴线与平面(1)和平面(2)均平行(图1)；另一种方案圆柱面旋转90°，圆柱轴线与两个平面的交线垂直(图2)。圆柱面(1)和通光平面(2)表面经过抛光并镀增透介质膜，反射面(3)经过抛光，为一个能实现全反射功能的光学平面。

当一束光照射到圆柱面(1)，经过该面的折射进入元件内部，斜入射到反射面(3)上，入射角度设计为大于所使用玻璃和空气的全反射临界角，则光束将在该平面上发生全反射并从面(2)射出，如图3和图4所示。当然，也可以反过来应用，光从面(2)射入，经反射面(3)的反射从圆柱面(1)射出，如图1和图2所示。这个对光束实施变换的过程，达到了两个目的：一、利用圆柱面对光束在一个方向上进行了整形；二、改变了光束的传播方向。也就是说，这个光学元件集合了柱面镜和反射镜两种功能。

在使用这种光学元件时，对它进行二或三维平动，加上二或三维转动的位置和角度调整，相当于对柱面镜和反射镜同时进行调整，比起采用分立柱面镜和反射镜、二者分别调整的传统方案，大大减少了光学元件的调整工作量，而且当调整完毕固定后，其长期稳定性也更好。

附图说明

图1为本实用新型的第一种结构，平行光从柱面入射。

图2为本实用新型的第二种结构，平行光从柱面入射。

图3为本实用新型的第一种结构，平行光从平面入射。

图4为本实用新型的第二种结构，平行光从平面入射。

编号说明：1.圆柱面，2.通光平面，3.全反射面，4.平行入射光束，5.聚焦线状光斑。

具体实施方式

一种实施方案，平面(2)和平面(3)夹角为45°，柱面(1)的对称面与面(2)平行。玻璃采用光学玻璃或石英玻璃，构型如图1所示。平行光(4)垂直面(2)入射，经过面(3)的全反射后经面(1)在一个方向上被聚焦，在后焦面上成一个线状光斑(5)。实现了将平行光折90°并且在一个方向上聚焦的功能。这种将光的传播方向折90°是最常用的形式。

将上例的柱面旋转90°，即变成第二种实施方案，见图2。平面(2)和平面(3)夹角为45°，柱面(1)的轴线垂直于面(2)和面(3)的交线。这种实施方案同样可以实现在后焦面上将平行光(4)聚焦为线状光斑(5)的功能，只不过聚焦方向旋转了90°。

光的入射方向也可以反过来，从柱面(1)入射，从平面(2)出射聚焦，见图3和图4。

根据光路可逆原理，也可以反过来使用，将线光源放置在焦面位置，则通过此复合透镜可以获得一束偏转90°并且在一个方向上准直了的光束。这种使用方式可以应用在半导体激光束的整形和变换，替代柱面镜和反射镜。