[实用新型]一种激光光斑整形光学系统

说明书

本实用新型旨在提供一种消除高阶夫琅禾费衍射且能获得均匀激光光斑的激光光斑整形光学系统。本实用新型包括沿同一轴线依次设置的激光器、准直器、扩束镜以及4F低通滤波光学组件，所述激光器通过光纤与所述准直器连接，所述准直器与所述扩束镜连接，所述4F低通滤波光学组件包括沿同一轴线依次设置的第一光阑、第一傅里叶透镜、针孔光阑和第二傅里叶透镜，所述第一傅里叶透镜的后焦点和所述和第二傅里叶透镜的前焦点重合，所述针孔光阑位于所述第一傅里叶透镜的后焦点上，所述第一傅里叶透镜与所述第二傅里叶透镜的焦距相同。本实用新型应用于激光光斑整形的技术领域。

技术领域

本实用新型涉及一种激光光斑整形光学系统。

背景技术

随着时代的发展，越来越多的光学元件进入到我们的各种电子电器消费产品中，如手机中的人脸3D识别功能就因为衍射光元器件形成光斑阵列，从而依据图像采集处理数据，在车载照相机和手机镜头中，外形尺寸特异的光学元器件也在大量的出现。在光学元件检测中，透过率测试或者衍射光元器件的衍射效率是非常重要的检测项目，随着光学元件的体积朝小型化，不规则化发展，对入射光的口径和尺寸和光束产生了更高的要求，一些衍射光元器件对入射光的光束质量和偏振等特性也有规定，为了获得此种面积较小，能量均匀的激光光斑的激光，可以采用自由曲面压缩激光光束，衍射光元器件等方法获得。衍射光元器件和自由曲面加工难度极高，成本高昂，必须根据入射激光的发散角，光斑口径，波长等特性进行单一适配，如果以上任何某一条件发生改变，则需要重新设计加工上述元件，通用性很差。用光阑截取光束能量时如果光阑形状过小，会造成强烈的夫琅禾费衍射，导致光斑的边缘不清晰，光束能量均匀性变差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种消除高阶夫琅禾费衍射且能获得均匀激光光斑的激光光斑整形光学系统。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括沿同一轴线依次设置的激光器、准直器、扩束镜以及4F低通滤波光学组件，所述激光器通过光纤与所述准直器连接，所述准直器与所述扩束镜连接，所述4F低通滤波光学组件包括沿同一轴线依次设置的第一光阑、第一傅里叶透镜、针孔光阑和第二傅里叶透镜，所述第一傅里叶透镜的后焦点和所述和第二傅里叶透镜的前焦点重合，所述针孔光阑位于所述第一傅里叶透镜的后焦点上，所述第一傅里叶透镜与所述第二傅里叶透镜的焦距相同。

由上述方案可见，从所述激光器发出的激光有很大的发散角，通过所述准直器对激光进行准直，准直器可以是透射式的，也可以是反射式的，其中透射式可以为单片非球面，也可采用三片球面镜结构形式的。经过准直后的光斑能量过于集中，通过设置所述扩束镜使中心的能量变得平滑，通过所述扩束镜后光斑的中心的能量峰值降低，光斑口径变大，光束中心向边缘的能量递减变得更加平缓。通过所述第一光阑截取激光，经过所述第一光阑之后的激光有着比较强烈的夫琅禾费衍射，通过将所述针孔光阑设置在所述第一傅里叶透镜的后焦点和所述和第二傅里叶透镜的前焦点的重合处，拦截所述第一光阑处产生的夫琅禾费衍射，正常的光线则通过所述针孔光阑的针孔，针孔所在的与光轴垂直的面称之为频谱面。所述针孔光阑可以设置为固定尺寸的，也可设置为大小可调的叶片式光阑，也可以是可更换的不同大小的圆孔，所述针孔光阑的中心与4f系统的光轴同心度偏差不大于0.02mm。光线通过所述第二傅里叶透镜的后焦点，也称为最终像面上形成所述第一光阑的像，进而得到得到均匀准直的理想光斑。本实用新型的结构紧凑、稳定，且可调节的部分易调试，不影响光学系统的成像质量，可靠性高，其中可调节部分为激光器、第一光阑和针孔光阑。同时光学元件之间距离合理，可以将整体光学系统进行拆分成模组，运输、安装以及使用方便。

一个优选方案是，所述第一光阑位于所述第一傅里叶透镜的前焦点上。

由上述方案可见，通过将所述第一光阑设置在所述第一傅里叶透镜的前焦点上，使通过的光束在所述针孔光阑处汇集并拦截产生的夫琅禾费衍射。

一个优选方案是，所述扩束镜的放大倍率为二至十倍。