[发明专利]一种激光束整形变换装置

说明书

本发明公开了一种激光束整形变换装置，包括：第一电调镜、第二电调镜、圆锥镜组光束变换器、分光取样镜和反射镜，输入激光光束依次经第一电调镜和第二电调镜的反射进入圆锥镜组光束变换器，所述圆锥镜组光束变换器射出的光束经分光取样镜和反射镜后获得输出光束；其中，所述圆锥镜组光束变换器包括凹锥镜、凸锥镜和镜筒，所述凹锥镜和凸锥镜分别设置于镜筒两端；所述凹锥镜为轴对称圆形截面透镜，光线入射面为凹圆锥面，另一面为平面；所述凸锥镜为轴对称圆形截面透镜，光线入射面为凸圆锥面，另一面为平面；且凹锥镜侧为激光光线输入端，凸锥镜侧为光线输出端。实现了从高斯束到环形束的激光束整形变换，能量转换效率高，光束质量好。

技术领域

本发明属于激光发射传输应用中的光束整形技术领域，尤其涉及一种把高斯光束整形变换为环形束的激光束整形变换装置。

背景技术

在激光空间通信、激光雷达、激光定向能系统等激光发射接收应用中，需要使用有次镜中心遮拦的卡塞格林望远镜发射激光束,发射光束需要空心的环形束。高功率光纤激光器输出的激光束通常为高斯光束，光强分布为中心部分强边沿部分弱；直接耦合到卡塞格林望远镜发射，光束中心部分被次镜遮拦和后向反射，损失激光发射效率，降低目标处功率密度，反射光给内部激光器或探测器造成干扰或损害。为了解决这个问题，需要把高斯光束整形变换为环形束。如图1所示。

目前为了解决这个问题，目前采用的技术路线主要有两种：1)激光器谐振腔设计为非稳腔，直接输出环形束；2)对于激光器输出的实心光束，在光斑中心安装一个小尺寸的反射镜，把中心部分的光束挡住或反射到吸收池中，只让边沿部分的激光环形部分进入卡塞格林望远镜。

但是，上述两种技术路线都有缺陷。高功率光纤激光器不适合于采用非稳腔方案；把实心光束中心部分挡住或反射到吸收池的办法，造成光束能量损耗，降低发射效率。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种激光束整形变换装置，采用凹圆锥镜和凸圆锥镜组合实现光束变换，把实心束变换为环形光束。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种激光束整形变换装置，所述激光束整形变换装置包括：第一电调镜、第二电调镜、圆锥镜组光束变换器、分光取样镜和反射镜，第一电调镜、第二电调镜设置于圆锥镜组光束变换器的光线输入端，分光取样镜和反射镜设置于圆锥镜组光束变换器的光线输出端；输入激光光束依次经第一电调镜和第二电调镜的反射进入圆锥镜组光束变换器，所述圆锥镜组光束变换器射出的光束经分光取样镜和反射镜后获得输出光束；其中，所述圆锥镜组光束变换器包括凹锥镜、凸锥镜和镜筒，所述凹锥镜和凸锥镜分别设置于镜筒两端；所述凹锥镜为轴对称圆形截面透镜，光线入射面为凹圆锥面，另一面为平面；所述凸锥镜为轴对称圆形截面透镜，光线入射面为凸圆锥面，另一面为平面；且凹锥镜侧为激光光线输入端，凸锥镜侧为光线输出端。

根据一个优选的实施方式，所述第一电调镜被配置为能够实现二维偏转，以完成入射光束与圆锥镜组光束变换器的同心性调节。

根据一个优选的实施方式，所述第二电调镜被配置为能够实现二维偏转，以完成入射光束与圆锥镜组光束变换器的光轴一致性调节。

根据一个优选的实施方式，所述激光束整形变换装置还包括光束探测器和信号处理与控制器，所述光束探测器设置于所述分光取样镜的后端，采集分光取样镜透射出的光束信号；所述光束探测器被配置为实现探测光束的近场和远场光强分布，所述信号处理与控制器被配置为基于处理光束探测器中的图像信号，完成入射光束与圆锥镜组光束变换器之间的偏心误差和离轴误差计算。

根据一个优选的实施方式，所述信号处理与控制器还分别与第一电调镜和第二电调镜电性相连，基于计算获得的入射光束与圆锥镜组光束变换器之间的偏心误差和离轴误差完成第一电调镜和第二电调镜的偏转角度调整。