实验七多重结构的激光扩束器
一种激光连续变倍准直扩束系统的设计
一种激光连续变倍准直扩束系统的设计黄耀林;王敏;寇远凤【摘要】介绍了国内外激光扩束系统的研究现状,阐述了低倍率扩束系统设计原理,选用没有内部焦点的倒置伽利略式望远镜系统结构设计了一个无焦变倍的激光扩束准直系统.在Zemax软件中实现变倍扩束系统初始结构的设计,基于Zemax的REAY优化函数对光学系统中透镜的曲率半径和间距进行优化,实现5～25倍的连续变倍激光扩束.不同倍率下的波像差最大均方根值均小于λ/40,设计结果满足像质要求.经工艺分析,该设计符合加工的工艺要求,系统结构简单,具有实际应用价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P38-43)【关键词】无焦变倍;激光扩束;Zemax;优化设计;波像差【作者】黄耀林;王敏;寇远凤【作者单位】福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TN249引言由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点[1],激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用。
在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束,尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作,因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类[2-4]。
第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。
由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束,而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度。
所以此类系统适合大倍率扩束的应用。
激光扩束镜结构
激光扩束镜结构激光扩束镜是一种常见的光学元件，用于调整激光束的直径和扩束角度。
它由两个主要部分组成：透镜和反射镜。
透镜用于调整激光束的直径，而反射镜用于调整激光束的扩束角度。
激光扩束镜的透镜通常是凸透镜，它具有向外凸起的形状。
当激光束通过透镜时，透镜会将光线聚焦到一个点上，这可以减小激光束的直径。
透镜的曲率半径和直径决定了光线的聚焦程度。
较小的曲率半径和较大的直径将导致更大的扩束角度，而较大的曲率半径和较小的直径将导致更小的扩束角度。
激光扩束镜的反射镜通常是平面镜或曲面镜。
平面镜可以改变激光束的方向，而曲面镜可以改变激光束的扩束角度。
曲面镜通常是凸面镜或凹面镜。
凸面镜会使激光束扩束，而凹面镜会使激光束聚束。
反射镜的选择取决于需要调整的激光束特性。
激光扩束镜的结构可以是单透镜结构或双透镜结构。
单透镜结构包括一个透镜和一个反射镜，它们组合在一起以实现激光束的扩束。
双透镜结构包括两个透镜和一个反射镜，透镜和反射镜交替排列以实现更精确的扩束控制。
激光扩束镜的设计需要考虑许多因素，包括所需的扩束角度、激光束直径和波长等。
此外，材料的选择也很重要，因为不同的材料对激光束的传输和扩束特性有不同的影响。
激光扩束镜在许多应用中发挥着重要的作用。
例如，它们可以用于激光切割、激光打标和激光焊接等工艺中，以调整激光束的特性，使其适应特定的加工需求。
此外，激光扩束镜还可以用于激光通信和激光雷达等领域，以实现远距离的光信号传输和探测。
激光扩束镜是一种重要的光学元件，用于调整激光束的直径和扩束角度。
它由透镜和反射镜组成，可以采用单透镜结构或双透镜结构。
激光扩束镜的设计需要考虑多个因素，并在各种应用领域中发挥着关键作用。
（完整版）基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计.doc
（完整版）基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计.doc光学软件设计实验报告：基于 ZEMAX的激光扩束镜的优化设计姓名：学号： 2011146211⼀、实验⽬的学会使⽤ ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩⼤器进⾏优化设计。
⼆、实验要求1、掌握使⽤多重结构配置。
2、进⼀步学习构建优化函数。
三、实验内容设计⼀个激光扩束器，使⽤的波长为 1.053um，输⼊光束直径为 100mm ，输出光束的直径为20mm，且输⼊光束和输出光束平⾏。
要求只使⽤两⽚镜⽚，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜⽚之间的间隔必须不超过 250mm ，只许使⽤ 1 ⽚⾮球⾯，系统必须在波长为 0.6328um 时测试。
玻1、打开 ZEMAX软件，关闭默认的上⼀个设计结果，然后新建⼀个空⽩透镜。
2、在 IMA ⾯（像平⾯）前使⽤insert 插⼊ 4 个⾯，输⼊相关各⾯的厚度、曲率半径和璃类型值。
3 、点击Gen设置⼊瞳直径为100 ，点击Wav设置波长为1.053微⽶。
4、在主菜单Editors 5， Py 输⼊ 1， taiget 输⼊⾥构建⼀个优化函数，将第⼀⾏操作数类型改为10， weight 输⼊ 1。
REAY ， surf 输⼊5、在评价函数编辑窗中选⼯具—默认优化函数。
选reset，将“开始在”的值设置为2，确定。
6、点击 Opt 进⾏优化，优化后⽣产OPD 图。
7、将第⼀⾯的conic 设置为变量（ control+z ）。
再次进⾏优化，重新⽣产O PD 图并观察。
并8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。
9、点击 Wav 重新配置光波长，将之前的分1.053 改为0.6328，确定后再次更新析OPD 图。
此10、将第⼆⾯的厚度时去掉250mm第设为可变，然后再次点击Opt⼆⾯的可优化，重新⽣成变状OPD态图。
11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗⼝的编辑菜单中选“插⼊结构”来插⼊⼀个新的结构配置，双击第⼀⾏第⼀列，从下拉框中选wave，在同样的对话框⾥为wavelength选择 1 ，确定。
简易激光扩束器的设计和制作
简易激光扩束器的设计和制作激光扩束器是一种用于将激光束从较小的光斑扩展为较大光斑的装置。
它被广泛应用于激光加工、激光切割、激光打标等领域。
本文将介绍一种简易激光扩束器的设计和制作方法。
设计思路：激光扩束器的设计主要包括两个方面：一是设计扩束光学系统，二是设计支架和固定装置。
光学系统是扩束器的核心部分，其主要功能是将光源的激光束扩展为所需光斑大小。
支架和固定装置则用于固定激光器和光学元件，保证整个系统的稳定性和可靠性。
1.设计扩束光学系统：扩束光学系统由凸透镜或透镜组成，其结构可以融合多个透镜，用于实现不同程度的扩束效果。
光学系统的设计原则是根据输入光斑的直径和所需扩束光斑的直径，确定透镜的焦距和透镜的间距，从而得到所需的扩束效果。
2.设计支架和固定装置：支架和固定装置的设计主要是为了保证光学系统的稳定性和可靠性。
可以使用金属材料如铁、铝等来制作支架和固定装置。
支架的设计要考虑光学系统的大小和形状，确保透镜和光源之间的距离和位置固定不变。
固定装置可以使用螺丝、销钉等固定装置，固定光学系统和支架。
制作过程：1.准备工作：选购适合的透镜和光源，选择适当的材料制作支架和固定装置，准备必要的工具如锉刀、打磨机、钳子等。
2.设计光程：根据扩束光学系统的要求，计算出透镜的间距和焦距，确定所需光程和位置。
3.制作支架和固定装置：根据设计要求和透镜的大小，使用金属材料制作支架和固定装置。
可以根据需要加工，打磨和调整尺寸以适应光学系统的安装。
4.安装光学系统：根据设计的光程和位置要求，将透镜安装在支架上，通过固定装置固定在支架上。
确保透镜和光源之间的距离和位置固定不变。
5.安装光源和测试：将激光器或者光源安装在支架上，并与光学系统相连接。
连接好电源，对系统进行测试，观察扩束效果是否满足需求。
6.调整优化：根据实际情况，调整光学系统的参数，如透镜的间距、焦距等，进一步优化扩束效果。
可以通过实验和测试，不断调整和优化以获得更好的扩束效果。
激光扩束镜结构
激光扩束镜结构激光扩束镜是一种用于调整激光光束直径的光学元件。
它通常由一个具有一定曲率的球面镜面组成。
激光扩束镜结构的设计和制造对于激光器的性能和应用具有重要影响。
一般而言，激光扩束镜由两个主要部分组成：球面镜面和支撑结构。
球面镜面是调整激光光束直径的关键部分，它通常由光学玻璃或光学晶体制成。
球面镜面的曲率决定了光束扩束的方式，不同的曲率可以实现不同的扩束效果。
支撑结构则是用于固定和支撑球面镜面的部分，它通常由金属或塑料材料制成，具有足够的刚度和稳定性。
在激光扩束镜结构中，球面镜面的形状和曲率是关键因素。
一般来说，球面镜面可以分为凸面镜和凹面镜两种类型。
凸面镜具有正的曲率，可以将激光光束聚焦到一个点上，实现光束的收束。
而凹面镜则具有负的曲率，可以将激光光束扩散开来，实现光束的扩束。
根据需要，激光扩束镜可以选择不同曲率的球面镜面来实现不同的扩束效果。
在激光扩束镜结构中，还可以通过调整球面镜面的位置来进一步调整光束的直径。
通过改变球面镜面与光源之间的距离，可以改变光束的扩束或聚束效果。
例如，将球面镜面与光源距离缩小，可以实现光束的扩束；而将球面镜面与光源距离增大，则可以实现光束的聚束。
除了球面镜面和支撑结构，激光扩束镜结构中还可能包括其他辅助部件，如调节装置和冷却系统等。
调节装置可以用于微调球面镜面的位置和角度，以便实现更精确的光束扩束效果。
冷却系统则可以用于控制激光扩束镜的温度，以确保其稳定性和性能。
激光扩束镜结构是由球面镜面和支撑结构组成的光学元件。
通过调整球面镜面的形状、曲率和位置，激光扩束镜可以实现不同的光束扩束效果。
激光扩束镜的设计和制造对于激光器的性能和应用具有重要影响，因此在实际应用中需要根据具体需求进行选择和优化。
多重结构配置的激光束扩大器设计
多重结构配置的激光束扩大器设计激光束扩大器是一种能够增强输入激光束的功率和强度的器件。
多重结构配置的激光束扩大器设计是一种常见的设计方案，它可以通过串联多个放大单元，以增加激光束的功率。
1.放大单元的选择：在设计多重结构配置的激光束扩大器之前，需要先选择适合的放大单元。
常见的放大单元包括固体激光放大器、液体激光放大器和气体激光放大器。
每种放大单元都有其特定的优点和缺点，需要根据具体需求做出选择。
2.激光束传输系统的设计：在多重结构配置的激光束扩大器中，激光束需要依次通过多个放大单元。
因此，需要设计一个合适的激光束传输系统，以确保激光束能够稳定地传输到下一个放大单元。
3.放大单元的布局和对齐：在多重结构配置中，每个放大单元都需要进行精确的布局和对齐，以确保激光束能够顺利地从一个放大单元传输到另一个放大单元。
这包括调整放大单元的位置和角度，以最大程度地减小激光束的损失和畸变。
4.光学元件和功率管理：在多重结构配置的激光束扩大器中，光学元件起到关键的作用。
这些元件包括透镜、反射镜、偏振器等，它们能够改变激光束的传输特性和功率分布。
此外，还需要根据具体需求进行功率管理，以确保激光束的输出功率在设计范围内。
5.温度控制和冷却系统：由于激光束扩大器在工作过程中会产生大量的热量，因此需要设计一个有效的温度控制和冷却系统，以确保激光束扩大器在稳定的温度条件下工作。
这可以通过使用冷却剂、散热器和温度传感器来实现。
6.输出激光束的特性测试：在完成激光束扩大器的设计和制造后，需要对其进行输出激光束的特性测试。
这包括测试激光束的功率、波长、光束质量和稳定性等参数，以确保激光束扩大器能够满足设计要求。
通过以上步骤，我们可以设计出一个多重结构配置的激光束扩大器。
这种设计方案能够有效地提高激光束的功率和强度，并且可以根据具体需求进行灵活的调整和优化。
在实际应用中，多重结构配置的激光束扩大器被广泛应用于激光切割、激光加工和激光通信等领域。
激光扩束器
激光扩束器光源发出的激光一般是一束准直的细圆柱光束，直径为1～2mm，而实际要求激光束有一定的宽度.下面讨论两种常用扩束方法.1) 棱镜扩束法由于棱镜材料的折射，使出射光方向与入射光方向不同，其入射角与棱镜顶角的变化可以引起光束宽度的改变.棱镜扩束示意图如图1a .每个棱镜的扩束比为D/d=M=cos［arcsin（sinφ/μp）］/cosφ′式中D为出射光的宽度；d为入射光的宽度；M为扩束比；φ为入射角；φ′为折射角；μp 是棱镜的折射率.玻璃棱镜的μp=1.54.根据现有的数据，d=2mm，D=47mm,则总的扩束比为Mn=D/d=23.5图1 棱镜扩束系统若想用3个棱镜完成扩束比，则每个棱镜的扩束比应为M=M1/3n=2.8由M=cos［arcsin(sinφ/μp)］/cosφ′=2.8 ，可近似算得φ=81°.由折射定律μp=sinφ/sinφ′,可得φ′=53°.在选择棱镜的顶角时，应使得出射光束尽可能垂直于出射面，以使这个出射面反射最小.由几何学可知，应取棱镜顶角ψ＝φ′＝53°.实际的棱镜扩束光路如图1b.和下面的透镜扩束相比，具有体积小，无象差等优点，并同时使入射光方向转了近90°，用在系统光路中即扩展了光束，也使光线方向发生改变，起到了扩束镜和反射镜的双重作用.总尺寸为10cm×10cm.2) 透镜扩束法设透镜的焦距为F，物距和象距分别为S01和S02，它们之间的关系为当S01=F时，S02=∞,说明透镜焦点上的一个点光源经过透镜后为一平行光；当S02=F时，S01=∞,表明当入射光为一平行光时，经过透镜后，聚焦在透镜的焦点上，如图2所示.图2 透镜聚光原理利用这一特点，采用两个焦距不同的透镜，可以构成如图3所示的扩束和准直系统.F1、F2分别为两个透镜的焦距，由几何光学原理很容易得出束宽放大比率为M=F2/F1设激光束直径为d，光束宽度为D，那么M=D/d=F2/F1图3 扩束系统和棱镜相比，透镜存在相差的影响，其中最主要的是球差.球差是由于非傍轴光线通过透镜时屈折得过分利害引起的，从而引起聚焦不好，如图4a.但是如果把一块透镜想象成两块棱镜在底部连接而成，那么明显的是：当入射光线同镜面和出射光线同镜面大致成同样大小的角度时，入射光线的偏转将最小，在图4b中，只要把透镜翻转过来，就使球差显著减小，当入射光是平行光时，对一个简单的凸透镜来说，若其后表面几乎为平面但不完全是平面时，将会有最小的球差.由于光路是可逆的，用两个透镜进行扩束时，应使两个透镜较平的一面相对，来减小相差.图4 一个平凸透镜的球差。
多重结构配置的激光束扩大器设计
科学技术创新2019.27多重结构配置的激光束扩大器设计张云哲钟小康张旭王郭玲（西安文理学院原子与分子重点学科，陕西西安710065）摘要：激光扩束的目的是可以扩展激光束的直径。
因此它可以被应用在很多的领域当中，最为熟知的就是望远镜系统当中。
而本项目则是主要应用ZEMAX 仿真软件。
本项目使用了波长为1.053微米，要求设计出输入光束直径为100mm,输出直径为20mm ，且输入和输出光束要平行。
根据要求求出系统初始结构，尺寸计算，利用ZEMAX 光学软件模拟系统具体光路图配置，并进行像差优化处理，结果表明，此系统像质优良，结构紧凑，系统满足设计要求。
关键词：光学设计；ZEMAX ；激光扩束中图分类号:O433.5+4文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)27-0014-021绪论目前激光扩束器的应用十分广泛，我们熟知的有几个类型，一种是透射式激光扩束器[1-3]，它大多是相同的结构组成的，可能就是镜片个数不同的区别。
比如开普勒系统和伽利略系统就是透射式的。
它突出的特点就是结构简单，大多情况下是由球面透镜组成的，所以，为了更好地让变倍系统有良好的效果，我们是可以通过各种途径来达到效果的[4-6]。
换句话说，就是更难的光学系统我们都可以设计，像变倍系统也是可以的。
如果我们要求的系统输出的激光口径很大的话，很容易我们会知道透镜的口径也一定会随之增大，那么这就会使得一部分和口径相关的像差也会明显的增大，例如球差、彗差等等都会增大[7]。
这样不只是照明的分布性受到了影响，也会让透镜的加工难度和成本随之提高，因此，只有小倍率的系统才适合用该类系统。
另外一种类型，则是反射式扩束系统。
通常情况下，像卡塞格林系统、格里高利系统都是[8]。
还有离轴反射式系统也属于该类型。
采用大口径的反射的镜面，不止提高了扩束比，而且它的非球面设计会让误差的降低效果大大提高，这是该类系统的一个突出特点。
压缩发散角受扩束比的影响，所以扩束比越大，就回越有利与它，并且提高了准直性，因此在激光扩束中有了广泛的应用。
实验七迈克尔逊干涉仪的调节与使用实验报告
实验七：迈克尔逊干涉仪的调节与使用［实验目的］1.了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理及调节和使用方法。
2.测量单色光He-Ne 激光的波长。
［实验仪器］迈克尔逊干涉仪 H ｅ－Ｎｅ激光器 扩束镜［实验原理］光程差为第k 级条纹对应的入射角应满足条件⎪⎩⎪⎨⎧+±=暗纹亮纹 2)12( cos 2λλθk k d k (k = 0,1,2,…) ［实验内容］1.迈克尔逊干涉仪的调整(1)先调底脚螺钉使导轨水平，再调M 1使处于主尺30mm-35mm 处,使M 1与M 2到G 1的距离大致相等。
(2)点亮He-Ne 激光器，调节其高度及位置，使光束通过G 1经M 1、M 2反射后落到光屏E 上，呈现两组分立的光斑。
调节M 1和M 2镜的螺钉，改变M 1、M 2的方位，使屏上两组光斑对立重合(主要是最亮两点重合)。
这样M 1′与M 2就大致平行，在视场中就可见到干涉条纹。
2.测定He-Ne 激光波长(1)按前步骤，将扩束后激光束按图2的方向照射到分束板G 1上 ，这时可看到干涉条纹。
(2)仔细调节水平和垂直的拉簧螺钉，使干涉条纹呈圆环状。
(3)沿同一方向转动微调手轮，，沿原方向调至零，再调粗调手轮。
(4)测量时选择能见度较好、中心为亮斑或暗斑的干涉花样，调节微调手轮，当有圆形条纹冒出或湮没几个条纹时记下M 1镜的初始位置读数1d ，继续沿原方向转动微调手轮，调节50个条纹记一次读数2d ，重复此动作，测得7组数据，求得λ。
［实验数据处理］表1 迈克尔逊干涉仪测量数据 测量结果：λ= 7∑i λ= 637.1 nmλ标=632.8nm E r =｜λ-λ标｜/λ标×100%= 0.7% 测量次数 1 2 3 4 5 6 7 反射镜位置d 1/mm32.26534 31.51226 32.28118 31.54327 30.76345 33.34238 33.56278 反射镜位置d 2/mm32.28136 31.52825 32.29682 31.55939 30.77937 33.35824 33.57876 间距21d d d ∆=- mm0.01602 0.01599 0.01564 0.01612 0.01592 0.01586 0.01598nm 640.8 639.6 624.0 644.8 636.8 634.4 639.2实验分析1.实验结果与激光的标准波长很接近，此仪器的精度很高，测量误差很小。
实验七多重结构的激光扩束器
多重结构的激光扩束器设计一个激光光束扩展器，使用的波长为λ=1.053μm，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。
如果全长没有限制，这个设计是比较容易的，但是为了使之变得复杂一点，我们将加上几条限制条件：1）只使用两片镜片。
2）设计必须是伽利略式的（没有内部焦点）。
3）在镜片之间的间隔必须不超过250mm。
4）只允许使用1片非球面。
5）系统必须在λ=0.6328μm时测试。
本实验不只是要矫正像差，而是在两个不同wave lengths的情况下都要做到符合设计要求。
条件2中什么是伽利略式呢？Galilean 就是光线从入射到离开光学系统，在光学系统内部不能有焦点的现象，在本例中即beams 在两个镜片之间不能有focus。
本设计不是同时在2个wavelengths 下操作，所以在操作时我们可以变动某些共轭数。
现在开始设计，依据下图的LDE表键入各surface 的相关值。
注意 “Glass”列右边的好几列才是“Focal Length”列。
表头“Focal Length”只在你将表面类型从“Standard”改变为“Paraxial”后才会显示。
不是所有的列都会清楚地显示出来。
其中surface 5 的surface type 从Standard 改为Paraxial，这时在镜片后面的focal length 项目才会出现。
注意到使用paraxial lens 的目的是把collimated light（平行光）给focus。
同时把surface 5 的thickness 及focal length 皆设为25。
entrance pupil 的diameter 定为100wavelength 只选一个1.053 microns 即可，记住不要在设第二个wavelength。
调出merit function，在第1 列中把operand type 改为REAY 这表示real ray Y 将用来作为一种约束。
激光放大器实验报告
激光放大器实验报告激光放大器实验报告一、引言激光放大器是一种基于激光放大原理的设备，可以将输入的光信号进行放大，提高信号的强度。
在现代通信、光学传感、激光器等领域都有广泛应用。
本实验旨在通过搭建激光放大器实验装置，研究其工作原理和性能。
二、实验装置本实验使用的激光放大器装置主要包括激光器、光纤耦合器、光纤放大器和探测器等组成。
激光器产生激光光源，光纤耦合器用于将激光光源耦合到光纤放大器中，光纤放大器起到放大激光信号的作用，探测器用于测量输出信号的强度。
三、实验步骤1. 准备工作：检查实验装置的连接情况，确保各部件正常工作。
2. 打开激光器：根据激光器的使用说明，打开激光器并调整输出功率。
3. 光纤耦合：将激光器的输出端与光纤耦合器连接，调整耦合器的位置和角度，使激光光源能够顺利耦合到光纤中。
4. 光纤放大器：将光纤耦合器的输出端与光纤放大器连接，调整放大器的工作参数，如泵浦功率、放大器长度等。
5. 探测器测量：将探测器连接到光纤放大器的输出端，使用示波器或功率计等设备测量输出信号的强度。
四、实验结果与分析通过实验观察和测量，我们得到了激光放大器的输出信号强度随输入信号功率的变化曲线。
实验结果显示，当输入信号功率较小时，输出信号强度基本与输入信号强度一致；但当输入信号功率超过一定阈值后，输出信号强度迅速增加，呈现出非线性增长的趋势。
这是因为激光放大器的工作原理是通过泵浦光对光纤中的掺杂物进行激发，使其能级发生跃迁并产生受激辐射，从而实现光信号的放大。
当输入信号功率较小时，受激辐射的增益不足以抵消光信号的损耗，导致输出信号强度与输入信号强度基本一致。
但当输入信号功率超过阈值后，受激辐射的增益开始起主导作用，迅速放大输入信号，从而使输出信号强度呈现出非线性增长的特点。
五、实验误差与改进在实验过程中，由于设备的限制和环境因素的影响，可能会产生一定的误差。
例如，光纤耦合器的位置和角度调整可能不够精确，导致激光光源无法完全耦合到光纤中，从而影响放大器的性能。
一种激光扩束装置[实用新型专利]
![一种激光扩束装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/91dec5e1581b6bd97e19ea18.png)
专利名称：一种激光扩束装置专利类型：实用新型专利
发明人：樊邦弘
申请号：CN200520062760.1申请日：20050809
公开号：CN2916666Y
公开日：
20070627
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种激光扩束装置，包括激光器固定座1、激光器6、聚光镜5、准直镜筒2、准直透镜3，所述的聚光镜5、准直镜筒2及准直透镜3依次放置组成准直镜，所述的聚光镜5由至少一个凸透镜组合而成，其凸透镜的个数可以根据准直镜筒2的长度而设置，聚光镜5设置在聚光镜固定座4上，其准直透镜3的直径大于聚光镜5的直径，准直镜3通过准直镜筒2固定在激光器固定座3上，在激光器固定座1中央设置一圆形凹槽11，将激光器6固定在圆形凹槽11内，聚光镜5设置在激光器6的前方。
本实用新型具有结构简单、成本低、安全的优点。
申请人：鹤山真明丽灯饰有限公司
地址：529728 广东省鹤山市共和镇工业开发区
国籍：CN
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大功率激光扩束器的光学设计
大功率激光扩束器的光学设计巩盾;王红;田铁印;袁钾光【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)004【摘要】为了使激光扩束器可以长时间的工作于大功率激光照射情况下,在传统多波长激光扩束器的基础上,利用变更材料和结构的方法进行改进,设计了2.3倍和6倍两级扩束的激光扩束器,用光学设计软件分析其像质并进行优化,对像质进行理论分析;加工成型后,置于实际环境中进行实验.经实验验证,在调Q脉冲激光器的峰值功率高达20MW的大功率激光照射下,在系统后1m位置出射光束直径分别为24.5mm和154.8mm,脉冲间隔可以在5s以上,并很好地保持了高斯光束的固有特性.结果表明,扩束器完全达到设计要求,有良好的使用效果.%In order to make a laser beam expander work a long time under high power laser radiation,on the base of the traditional multi-wavelength laser-beam expander,a two-serial expander with magnification of 2.3 and 6 respectively was designed through modifying the optical material and configuration.The expander was optimized and its image quality was analyzed with optical design software.After the expander was manufactured,experiments were performed in practical environment.It could work for a long time under laser radiation with pulse interval of 5s at high peak power up to20MW,the output beam diameters were 24.5mm and 154.8mm respectively at 1m behind the expender with the characteristic ofGaussian-beam kept very well.The result indicates that the expender meets the design requirement and is practical.【总页数】4页(P426-428,436)【作者】巩盾;王红;田铁印;袁钾光【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130022;中国科学院,研究生院,北京,100049;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130022;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130022;中国人民解放军总装备部,沈阳军事代表局驻长春地区军事代表室,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】TB133【相关文献】1.多波长激光扩束器的光学设计 [J], 辛维娟;高明;杜玉军2.大口径平像场激光扩束器光学系统的研制 [J], 袁莉;潘宝珠;郝沛明;周洪庆3.高倍率激光扩束望远镜的光学设计 [J], 赵鑫4.变焦系统的光学设计——以"可变倍激光扩束系统的设计和优化"为例 [J], 杨欢5.Φ_0300激光扩束器光学系统设计 [J], 郝沛明;袁立银;李玮玮;潘宝珠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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多重结构的激光扩束器
设计一个激光光束扩展器，使用的波长为λ=1.053μm，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。
如果全长没有限制，这个设计是比较容易的，但是为了使之变得复杂一点，我们将加上几条限制条件：
1）只使用两片镜片。
2）设计必须是伽利略式的（没有内部焦点）。
3）在镜片之间的间隔必须不超过250mm。
4）只允许使用1片非球面。
5）系统必须在λ=0.6328μm时测试。
本实验不只是要矫正像差，而是在两个不同wave lengths的情况下都要做到符合设计要求。
条件2中什么是伽利略式呢？Galilean 就是光线从入射到离开
光学系统，在光学系统内部不能有焦点的现象，在本例中即beams 在两个镜片之间不能有focus。
本设计不是同时在2个wavelengths 下操作，所以在操作时我们可以变动某些共轭数。
现在开始设计，依据下图的LDE表键入各surface 的相关值。
注意 “Glass”列右边的好几列才是“Focal Length”列。
表头“Focal Length”只在你将表面类型从“Standard”改变为“Paraxial”后才会显示。
不是所有的列都会清楚地显示出来。
其中surface 5 的surface type 从Standard 改为Paraxial，这时在镜片后面的focal length 项目才会出现。
注意到使用paraxial lens 的目的是把collimated light（平行光）给focus。
同时把surface 5 的thickness 及focal length 皆设为25。
entrance pupil 的diameter 定为100
wavelength 只选一个1.053 microns 即可，记住不要在设第二个wavelength。
调出merit function，在第1 列中把operand type 改为REAY 这
表示real ray Y 将用来作为一种约束。
本设计中，我们要求Input diameter为100 而output diameter 为20，其比值为100：20＝5：1，即入射beam 被压缩了5 倍，在srf#中键入5，表示在surface 中我们要控制他的ray height。
而Py 上则键入1.00。
把target value 定为10，这个动作将会给我们一个diameter collimated 为20mm 的output beam。
为什么呢？因为Py 是normalized 的pupil coordinate，即入射光的semi-diameter 为50。
Py＝1 即现在的入射光is aimed to the top of the entrance pupil，把target value 定为10，就是输出光的semi-diameter 为10，所以50：10＝5：1，光被压缩了5 倍，达到我们的要求。
weight 的值定为1。
现在选Tools，Update，你会看到在value column 上出现50 的值，
这就是entrance pupil radius 即表示坐标是落在一个单位圆（unit circle）上，而其半径为50，当Px＝0，Py＝1 即表示在y 轴的pupil 大小为50，而在x 轴的则为0。
从edit menu bar 选Tools，Default M erit Function，按Reset 后把“Start At”的值改为2，这表示以后的operands 会从第二列开始，而不会影响已建立的REAY operand。
执行optimization；
调出O PD，如下图所示，你会发现performance 很差，大约为7个waves。
这个像差主要来自球差，所以我们要把surface 1 改为非球面，把surface 1 列中的conic 设为variable。
再次执行optimization
你会看到较好的O PD图。
现在把所有的variable 都去掉，然后将此field 存盘，因为你
已完成wavelength 在1.053μm下的激光扩束的设计。
之前文件存好后，下面的文件要另存为0.6328波长设计文件。
下面设计波长在0.6328μm的情况
也就是multi-configuration 可以在同一系统中同时设定不同的configuration，以适应不同的工作环境或要求，先前已完成了wavelength 为1.053μm 的configuration，把他看做配置1，而wavelength 0.6328 为配置2。
把wavelength 从1.053 改为0.6328；
调出O PD，出现非常差的特性，这是因为玻璃散射的缘故。
我们调整lens spacing 来消除此离焦，把surface 2 的thickness 设为variable
执行optimization，
调出O PD图。
此时的aberration 大约为一个wave，接下来去掉surface 2 thickness 的variable。
现在我们来使用Z emax 的multi-configuration capability 功能，从mainmenu 上选Editors，后M ulti-configuration；
再选其中的Edit，Insert C onfig；
如此我们就可以加入一个新的configuration，在第一列的第一项中按两下，选“wave”，
同时在“W avelength#”中选为1，这表示在不同的onfiguration，我们使用不同的wavelengths。
在C onfig 1 下键入1.053，C onfig 2 下键入0.6328，
在插入一个新的列于此列的第一项中按两下，选T H I C 为一个operand type，这会让我们在各别的configuration 中定义不同的thickness，从“surface”list 中选2 后按OK。
在C onfig 1 下键入250，C onfig 2 也键入250，不过在surface 中选2 即表示在LDE 中surface 2 的thickness 是当作
mult-configuration 的一项oprandvalue，把C onfig 2 下surface 2 的thickness 设为variable。
回到merit function editor，选Tools，Default M erit Function，把“Start At”的值改为1，使default merit function 会从第一列开始考虑。
现在先前设定的REAY 约束条件必须加到此新的multi-config merit function，在merit function 的第一列中，有一个CON F operand 且在”C fg#”项中定为1，表示现在configuration 1 是active。
在此列之下尚有三个O PD X operands，于CON F 和第一个O PD X 之间插入一个新行，把其operand type 改为“REAY”，“Srf#”键入5。
表示我们要控制的ray height 是对surface 5 而言，Py 键入
1.00,target value 设为10。
如同先前的file 让输出beam 的diameter 为20mm。
在CON F 1 的要求接设定完毕，在CON F 2 则不设任何operand，因为我们不可能在两种wavelengths 操作下要求exact 5：1 的beam。
回到LED，把surface 1，2，4 的curvatures 及surface 1 的conic 都设为variable，执行optimization（现在有5 个variable 为active，3 个curvatures，1 个conic，1 个multi-config thickness）。
调出O PD，你可以在mulit-configuration editor 上在
“C onfig1”或“C onfig 2”上按两下，则O PD plot 会显示其对应的configuration，或者你可用C trl-A 的hot key，在不同的
configuration 间作变换.
你会发现两者的特性都很好，表示我们所设计的系统在波长1.053 或
0.6328的激光皆可以工作。