[发明专利]一种实心光束和环形光束的变换装置

说明书

技术领域

一种实心光束和环形光束的变换装置，采用两个相同配置的圆锥形镜以及一个平凸透镜和一个平凹透镜组成的系统，实现能够从实心圆形光束到环形光束或者环形光束到圆形光束的变换。本装置可以实现同一实心圆光斑到不同遮拦比环形的变换，也可以实现不同遮拦比的环形光斑之间的任意变换。

背景技术

目前最常见的固体YAG激光器、光纤激光器、He-Ne激光器以及大多数染料激光器等都是实心圆形光斑输出。而实际的应用通常是多种多样的。例如采用卡塞格林系统将光束发射到远场，就需要遮拦比较大的环形光斑。此外某些探测技术，例如USED-CARS光谱技术需要环形的泵浦光。这些应用都需要采用特殊的技术将一束实心圆形光斑变为不同遮拦比的环形光束，特别是USED-CARS技术，需要根据被测物种所处环境条件的不同条件环形光斑的遮拦比，从而调节几束激光的相位匹配。采用本专利装置可以实现上述的实心光斑到环形光斑的转换。另外在受激拉曼试验对于泵浦激光的光束质量要求非常高。对于一些模体积非常大(尤其是横向尺寸比较大)的激光器，例如光解碘激光器，为了提高光束质量，常常采用共焦非稳腔。非稳腔通常为空心光束输出，然而空心光斑的受激拉曼效果比实心光斑的要差很多。因此也需要这些环形光斑到实心光斑的变换。本专利装置可以很好地实现不同遮拦比的环形光束到实心光束的变换。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提出了一种实心光束和环形光束的变换装置，可应用在光束的远场传输，以及USED-CARS光谱技术等领域。

本发明的技术方案如下：

一种实心光束和环形光束的变换装置，其特征在于：包括激光器，由平凹透镜和平凸透镜组成的扩束准直系统，圆锥形透镜，圆锥形透镜，电动平移台控制系统和光学导轨。圆锥形透镜和圆锥形透镜的特征参数相同。在圆锥形透镜和圆锥形透镜的底座上均安装有电动平移台。通过电动平移台固定在光学导轨上。圆锥形透镜的纵向截面图如图2所示。其中θ为圆锥形透镜的顶角。

激光器可以为任意输出光束为实心光束或环形光束的激光器,在光学导轨上放置。沿激光光路上依次同轴放置由平凹透镜(凹面朝向光传播方向)和平凸透镜(平面朝向光传播方向)组成的扩束准直系统，圆锥形透镜(锥面朝向光传播方向)，圆锥形透镜(平面朝向光传播方向)，实现从实心光束到空心光束的双向变换。

激光器和由平凹透镜、平凸透镜组成的扩束准直系统固定在光学导轨表面。圆锥形透镜和圆锥形透镜的位置可通过圆锥形透镜底座的电动平移台调节。

所述的一种实心光束和环形光束的变换装置，其特征在于：上述圆锥形透镜和圆锥形透镜顶角相对放置，产生的环形光束的大小由圆锥形透镜和圆锥形透镜的距离l决定。

距离l应满足：

其中w为入射光束的半径，γ为遮拦比，n为空气与圆锥形透镜材料的相对折

射率，θ为圆锥形透镜的顶角。

所述的光学调整架具有沿光轴方向的移动机制，该平台可控制两锥透镜间的距离，通过操纵此参数实现对输出光束特征参数的调节。

本发明具有以下优点：

1)光路设计简单，使用方便；

2)所有的光学表面均非常容易镀膜，从而能量损失非常少，可进行高功率激光的远场传输；

3)该光束变换装置的所有光学元件均为常规的光学元件，价格容易，成本低廉；

4)通过调节圆锥形透镜间的距离L能够连续改变环的直径，而环厚度不变，从而实现遮拦比的连续改变，也能够满足对于各种不同大小环形光束的需求。

附图说明

图1是本发明实现从实心光束到空心光束的变换的结构图。

图2是圆锥形透镜的纵向截面图。

图1中，1为激光器，2为平凹透镜，3为平凸透镜，4和5为具有相同顶角的圆锥形透镜，6为电动平移台控制系统，7为光学导轨。图2中θ为圆锥形透镜的顶角。

具体实施方式

下面结合附图，主要介绍从实心光束到空心光束的变换，对本发明的结构和原理作进一步详细的说明。

本发明产生可调节环形光束的装置，如图1所示，包括光学导轨，激光器1，平凹透镜2，平凸透镜3，圆锥形透镜4，圆锥形透镜5以及光学导轨7，将平凹透镜2，平凸透镜3固定在光学导轨7上，将圆锥形透镜4，圆锥形透镜5的底座分别固定在电动平移台上，并且将平移台固定在光学导轨7上，摆放位置如图1所示。