[发明专利]弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统

说明书

本发明涉及特殊种类激光光源，为解决目前激光器光源存在的激光光斑照度不均、激光光斑形状单一的问题，本发明旨在提出一种弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，激光光斑为圆弧，圆弧的宽度、弧度、弧长均可调节，弧形光班照度均匀，平行性好。为此，本发明采取的技术方案是，弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分、匀光准直部分、Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分，匀光准直部分通过匀光管产生均匀照度的准直平行方光，Y轴方向扩束部分通过变焦望远系统产生可调宽度的矩形光。本发明主要应用于激光光源设计制造。

技术领域

本发明涉及一种特殊激光光源，属光源设计领域，适用于需要弧形激光光斑照射的光学系统。具体涉及弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统。

背景技术

半导体激光器特殊的波导结构决定了其输出光斑在快、慢轴方向的差异很大，快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。

目前广泛应用的半导体激光光源发射的激光多为椭圆形高斯光束，目标面上的光斑大多为一个点，且光斑照度不均。若只经过简单的激光扩束系统，只能做到将小半径的激光光束扩束成较大半径的相同形状的激光光束，既不能改变激光光斑的形状，也无法提高光斑照度的均匀性。

另一方面，点状激光光斑在一些特殊的光学系统或材料刻蚀生产中存在较大不便，改变激光光斑形状在科学实验中非常必要。而现存的改变激光光斑形状的光学系统仅能将激光光斑变为标准的几何图形，如正方形、圆形、长方形等，对于获得非标准的圆弧图形的光学系统十分稀少。

发明内容

为克服现有技术的不足，解决目前激光器光源存在的激光光斑照度不均、激光光斑形状单一的问题，本发明旨在提出一种弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，激光光斑为圆弧，圆弧的宽度、弧度、弧长均可调节，弧形光班照度均匀，平行性好。为此，本发明采取的技术方案是，弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统，包括沿光路依次放置的半导体激光光源部分、匀光准直部分、Y轴方向扩束部分、光路转折部分以及X轴方向展宽部分，匀光准直部分通过匀光管产生均匀照度的准直平行方光，Y轴方向扩束部分通过变焦望远系统产生可调宽度的矩形光，经光路转折部分对光路进行转折后，X轴方向展宽部分将矩形光拉长为条形光，旋转X轴方向展宽部分并使之倾斜，将条形光变换为弧度随倾斜角度变化而变化的圆弧形光束。

Y轴方向扩束部分由依次排列的L₁、L₂、L₃以及L₄四片柱透镜组成，L₁及L₄位置固定，L₂位置可调，L₃用于补偿，通过对L₂及L₃的位置进行调节，改变光束Y轴方向的扩束比，从而实现对光环宽度的控制。

X轴方向展宽部分由两个负柱透镜组成，目的是将光束的X轴方向拉长，并将拉长后形成的条形光束转变成圆弧，在X轴方向对光束进行展宽拉长，而负柱透镜的Y轴方向相当于平行平板，当光束斜入射平行平板时，出射光束相对于入射光束发生平移，负柱透镜在不同截面上的玻璃厚度不同，而光束平移量正比于玻璃厚度，所以斜入射在透镜上的光束会在像面上形成圆弧。

本发明的特点及有益效果是：

通过匀光准直部分可将椭圆形高斯光束变换为正方形平顶光束。

通过对Y轴方向扩束部分进行变焦可以最终使弧形光的圆弧宽度从1倍宽度至5倍宽度自由调节。

附图说明：

图1为本发明可调谐的弧形光束发射系统的结构原理图

图2为本发明可调谐的弧形光束发射系统的Y-Z剖面结构示意图；

图3为本发明可调谐的弧形光束发射系统的X-Z剖面结构示意图；