[发明专利]一种降低激光扫描光束发散角装置

说明书

本发明公开了一种降低激光扫描光束发散角装置，准直器，用于发射准直的高斯光束；第一整形透镜，用于整形准直的高斯光束；扫描振镜，用于将入射的高斯光束在水平方向和垂直方向上投射出扫描区域；第二整形透镜或透镜组用于将扫描区域内的高斯光束整形，并向空间投射入射光束的扫描场；本发明可以在有限制的非自由空间内整形高斯光束，放大高斯光束束腰，降低高斯光束发散角度，在扫描区域内的高斯光束投射至最远。

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，尤其涉及一种远距离光束扫描投射方法。

背景技术

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后的人类又一重大发明，被称为“最快的刀”，“最准的尺”，“最亮的光”。激光在现代信息技术中起到举足轻重的作用，利用光纤作为传输媒质，激光可以把信息轻易传输到大洋的彼岸，激光通过光学镜片的会聚，可以聚焦成极微细的光束，完成要求极高的诸如雕刻、切割、焊接等方面的应用，把高功率的激光进行准直和扩束，发展成现代的激光武器等。上述的应用需要把激光光束在无限制的自由空间里进行整形，如专利CN202010267168.4所述，D₀-扩束入射面的通光孔径，D₁/D₀-高斯光束整形镜的扩束比，在D₀已知条件下，可以自由的扩束到需要的D₁，而不受1-高斯光束整形镜材料、口径等方面的限制，目前几乎所有的光学整形系统属于这一类。基于有限制的非自由空间内的光束整形系统较少，专利CN201920422006.6为有限制的非自由空间扩束的一种，受目前生产工艺加工水平的限制，扫描镜30的尺寸较小，双轴扫描周期为43KHz的最大外径为1000um左右，入射至扫描镜30的光斑大小沿平行扫描镜30镜面方向上只能小于这个值，光斑大小受到限制，影响到光束的发散度，降低投射的距离。本发明为在有限制的非自由空间内，一种提高高斯光束束腰直径，降低光束发散角度，对高斯光束准直和扩束的装置。

发明内容

本发明考虑到在有限的空间条件下，提供一种光束整形的装置，其目的是扩大光斑直径，降低光束发散角度。

作为本发明的一个方面，提供了一种高斯光束整形系统，公开如下技术方案：

一方面，提供了一种在有限制的空间或孔径内，增加高斯光束束腰直径，降低光束发散度的光学扩束系统，所述的光学扩束系统包括：

准直器，用于发射出准直的高斯光束；

第一整形透镜，为负光焦度的透镜，用于将准直的高斯光束发散，沿光束传输方向上，发散后光束束腰位置位于透镜之前；

扫描振镜，用于将准直的光束在水平及垂直两个方向上扫描出一个区域；

第二整形透镜，为正光焦度的透镜，或具有正或负光焦度的透镜组，也可以为柱透镜组，用于将扫描区域内水平方向和（或）垂直方向上压缩角度，准直光束；

可选的，所述扫描振镜还用于改变反射激光的方向；

其中，所述的准直器、第一整形透镜、扫描振镜及第二整形透镜顺序设置。

基于上述技术方案，本发明相对于现有技术，至少可以克服以下缺憾或其中一部分：

1、高斯光束中有限制的非自由空间光学系统，这种限制主要体现在光束口径上，典型的是运用于MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）固态激光雷达，受MEMS反射镜面口径的限制，高斯光束光斑大小受到限制，发散角增加，投射至远处物体上的单位光能量减弱，观察距离显著降低；

2、运用于激光雷达上，分辨率高低直观的表现就是投射至远方物体上相邻Pixel/Line的间距，低分辨率间距过大，漏掉有用的物体细节，或识别不出体积较小的物体。第二整形透镜将扫描区域内水平方向和（或）垂直方向上压缩角度，扫描点相邻Pixel/Line角度经过第二整形透镜后被压缩减小，对于固有的低分辨率的激光雷达，可以识别因相邻Pixel/Line角度大而遗漏的物体；

3、对于功率较高的激光光束，光学系统中具有实焦点的会聚透镜，在焦面上会产生温度聚集，局部温度过高，安全隐患不可避免。