专利名称：一种激光发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光技术领域，更具体地说，涉及一种激光发射装置。
背景技术：
激光二极管可以作为激光分析仪的光源部分，激光分析仪通过激光二极管发出特定波长的激光束(仅能被待测气体吸收)，穿过待测气体时，激光强度的衰减与待测气体的浓度成一定的函数关系，因此通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得待测气体的浓度。但是，由于激光二极管发射出的激光光强分布为高斯分布，即中间光强较强，边缘分布较弱，且具有发散角，所以用该激光检测待测气体浓度会有很大的偏差。因此，为减小获得的待测气体浓度的偏差，我们需要获得光线准直均匀的激光。在激光分析仪的发射筒内安装有保护镜片，用于将激光二极管和被测环境隔离。现有技术为获得光线准直均匀的激光，方法是将遮光片附着在保护镜片上进行遮挡。因为激光光强分布为高斯分布，高斯分布的特点就是中间光强很强，边缘光强很弱，而介于中间和边缘之间的环形部分光强是近似均匀的，这样通过遮挡就可以获得光线准直均匀的激光。因为现有技术是遮挡透镜中间和边缘部分，遮挡面积过大会降低激光光强，遮挡过小达不到激光均匀的效果，所以遮挡面积不易确定。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种激光发射装置，以实现无需对透镜中间和边缘部分进行遮挡，仍可以获得光线准直均匀的激光。一种激光发射装置，所述装置从内到外依次安装有激光光源、第一凹透镜、第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凹透镜具有第一虚焦点和第二虚焦点，所述第一凸透镜具有第一实焦点和第二实焦点，所述第二凸透镜具有第三实焦点和第四实焦点；所述第一虚焦点与所述激光光源的距离为第一距离，所述第二虚焦点与所述激光光源的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离；所述第一实焦点与所述激光光源的距离为第三距离，所述第二实焦点与所述激光光源的距离为第四距离，所述第三距离小于所述第四距离；所述第三实焦点与所述激光光源的距离为第五距离，所述第四实焦点与所述激光光源的距离为第六距离，所述第五距离小于所述第六距离；所述第一虚焦点的位置与所述第一实焦点的位置重合于第一焦点，所述第一凸透镜的中心点和所述第二凸透镜中心点的距离不小于所述第二凸透镜的一倍焦距。优选的，所述激光光源为激光二极管。优选的，所述第一凹透镜和所述第一凸透镜的直径相同。优选的，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜的直径不同。
优选的，所述第二凸透镜的直径大小和透过所述第二凸透镜后获得的激光光斑的大小成正相关。从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种激光发射装置，该装置从内到外依次安装有激光光源、凹透镜和两个凸透镜，激光光源发射出的激光先通过凹透镜进行激光光束的发散、扩束，使激光边缘光强弱的部分进行更大程度的发散，中间光强强的部分进行强度减弱。通过凹透镜的激光光束再依次通过两个凸透镜进行光束重组准直，第一个凸透镜对激光光束进行第一次会聚，选取光线均匀的部分进行准直，然后再通过另一片凸透镜对激光光束进行第二次会聚准直。因此，本发明无需对透镜进行遮挡，通过凹透镜对激光进行发散和扩束，再通过两个凸透镜对激光光束进行两次准直，即可获得光线准直均匀的激光。同时，本发明通过凹透镜将激光外边缘光强弱的部分去掉，并且，通过凹透镜发散适当减弱激光中间光强强的部分，相对于现有技术将中间光强强的部分和边缘光强弱的部分均去掉的方法，保证了激光的光强。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例公开的一种激光发射装置的结构示意图；图2为本发明实施例中的一种凹透镜的结构示意图；图3为本发明实施例中的一种凸透镜的结构示意图；图4为本发明实施例中的另一种凸透镜的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明实施例公开了一种激光发射装置，所述装置从内到外可以依次安装有激光光源100、第一凹透镜200、第一凸透镜300和第二凸透镜400,如图2所示，所述第一凹透镜200具有第一虚焦点210和第二虚焦点220，如图3所示，所述第一凸透镜300具有第一实焦点310和第二实焦点320，如图4所示，所述第二凸透镜400具有第三实焦点410和第四实焦点420，其中，所述第一虚焦点210与所述激光光源100的距离为第一距离，所述第二虚焦点220与所述激光光源100的距离为第二距离，所述第一距离小于第二距离；所述第一实焦点310与所述激光光源100的距离为第三距离，所述第二实焦点320与所述激光光源100的距离为第四距离，所述第三距离小于所述第四距离；所述第三实焦点410与所述激光光源100的距离为第五距离，所述第四实焦点420与所述激光光源100的距离为第六距离，所述第五距离小于所述第六距离；
如图1所示，所述第一虚焦点210的位置与所述第一实焦点310的位置重合于第一焦点001，所述第一凸透镜300的中心点和所述第二凸透镜400中心点的距离不小于所述
第二凸透镜400的一倍焦距。具体的，凹透镜又称为负球透镜，镜片的中央薄，周边厚，成凹形，所以又叫凹透镜。凹透镜对光有发散作用，平行光通过凹透镜发生偏折后，光线发散，称为发散光线。因为发散光线不可能形成实焦点，所以将发散光线沿着其反向延长线延长，在投射光线的同一侧交于一点，该点称为虚焦点。其中凹透镜有两个虚焦点。凸透镜是根据光的折射原理制成的，其中央较厚，边缘较薄。凸透镜可以分为双凸、平凸和凹凸等形式，因为凸透镜对光具有会聚作用，所以又可以称为聚光透镜。平行光线通过凸透镜发生折射后，光线会聚于一点，该点称为实焦点。其中凸透镜有两个实焦点。 可以理解的是，本发明中所述第一虚焦点210的位置与所述第一实焦点310的位置重合于第一焦点001，即所述第一凹透镜200和所述第一凸透镜300为虚共焦结构。因此，激光光束通过所述第一凹透镜200发散、扩束后，激光光束的反向延长线聚焦在所述第一虚焦点210处，因为所述第一虚焦点210和与所述第一实焦点310重合，所以可以看成位于所述第一实焦点310的光源，向所述第一凸透镜300发射激光光束，因此，激光光束通过所述第一凸透镜300后获得激光的平行光束。具体的，实际应用中，在选择所述第一凹透镜200和所述第一凸透镜300时，我们可以根据准直倍率进行选择，准直倍率公式如下T = —*-
f\其中4为凹透镜焦距，f2为凸透镜焦距，ω (I)为入射激光束在凹透镜上的光束半径，Wtl为入射高斯光束束腰半径。其中，所述高斯光束束腰半径定义为激光光强下降到原有激光光强的87%时的光束半径，所述高斯光束束腰半径和激光光源自身的性质相关，即是激光光源出厂时就已经确定的，即使是完全相同的激光光源，他们的高斯光束束腰半径也互不相同。从公式中可以看出，准直倍率和凸透镜焦距与凹透镜焦距的比值成正比。本领域技术人员可以理解的是，凸透镜(凹透镜)越厚，对光的折射能力越强，凸透镜(凹透镜)的焦距越短，相反，凸透镜(凹透镜)越薄，对光的折射能力越弱，凸透镜(凹透镜)的焦距越长。同时，凸透镜(凹透镜)本身的材料密度对其自身的焦距也有影响，材料密度越大，其焦距越短，相反，材料密度越小，其焦距越长。可以理解的是，根据凸透镜的成像原理，像距(即焦距)小于物距(本发明中即所述第一凸透镜300的中心点和所述第二凸透镜400中心点的距离)时，光源经过凸透镜所生成的像为虚像，因为本发明中需要获得光线准直均匀的激光，即实像，所以所述第一凸透镜300的中心点和所述第二凸透镜400中心点的距离不小于所述第二凸透镜400的一倍焦距。优选的，所述第一凹透镜200和所述第一凸透镜300的直径可以相同，这样我们可以通过选择不同厚度的所述第一凹透镜200和所述第一凸透镜300，以使所述第一凹透镜200和所述第一凸透镜300为虚共焦结构。优选的，所述第一凸透镜300和所述第二凸透镜400的直径可以不同，因为凸透镜的直径大小和透过凸透镜后获得的激光光斑的大小成正相关，即凸透镜的直径越大，所述激光光斑越大，凸透镜直径越小，激光光斑越小。实际应用中，激光光束先通过所述第一凸透镜300进行第一次准直，再通过所述第二凸透镜400进行第二次准直，所以我们可以根据实际对光斑大小的需要来选取大小不同的所述第二凸透镜400，以使最终获得的激光光束的发射角小于O. 1°，获得的光斑在10mm-14mm 范围内。优选的，所述激光光源100可以为激光二极管，还可以为半导体激光器或是其他的可以产生激光的装置，本发明在此不做限定。综上可以看出，所述第一凹透镜200、第 一凸透镜300和所述第二凸透镜400的选择可以根据激光光源的发射角(即高斯光束束腰半径)、需要获取的激光的发射角和准直倍率计算得到。可以理解的是，在实际中，可以通过仿真(即使用可控的手段来模拟真实的情况)来对仪器的研发改进提供依据。通过激光高斯光束波形仿真的方法，对本发明中最终获得激光波形进行仿真后得出，本发明最终获得的激光光束的波长和实际需要获得的波长基本相同。优选的，波像差指的是通过光学系统的实际波面与理想波面的偏离。光学系统的波像差小于λ/4即可以看成接近理想状态，而本发明中的波像差可以达到λ/30，说明本发明获得的波像相比普通的光学系统更有优势。优选的，通过光学设计软件ZEMAX对本发明最终获得的激光光束的强度进行仿真，如当获得的激光光斑的直径为0-9_时，在该激光光斑的任何位置，可以测得该点的激光强度均在原始激光强度的97%-98%之间，即我们最终获得的是光强准直且均匀的激光。综上可知，本发明提供了一种激光发射装置，该装置从内到外依次安装有激光光源、凹透镜和两个凸透镜，激光光源发射出的激光先通过凹透镜进行激光光束的发散、扩束，使激光边缘光强弱的部分进行更大程度的发散，中间光强强的部分进行强度减弱。通过凹透镜的激光光束再依次通过两个凸透镜进行光束重组准直，第一个凸透镜对激光光束进行第一次会聚，选取光线均匀的部分进行准直，然后再通过另一片凸透镜对激光光束进行第二次会聚准直。因此，本发明无需对透镜进行遮挡，通过凹透镜对激光进行发散和扩束，再通过两个凸透镜对激光光束进行两次准直，即可获得光线准直均匀的激光。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种激光发射装置，其特征在于，所述装置从内到外依次安装有激光光源、第一凹透镜、第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凹透镜具有第一虚焦点和第二虚焦点，所述第一凸透镜具有第一实焦点和第二实焦点，所述第二凸透镜具有第三实焦点和第四实焦点；所述第一虚焦点与所述激光光源的距离为第一距离，所述第二虚焦点与所述激光光源的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离；所述第一实焦点与所述激光光源的距离为第三距离，所述第二实焦点与所述激光光源的距离为第四距离，所述第三距离小于所述第四距离；所述第三实焦点与所述激光光源的距离为第五距离，所述第四实焦点与所述激光光源的距离为第六距离，所述第五距离小于所述第六距离；所述第一虚焦点的位置与所述第一实焦点的位置重合于第一焦点，所述第一凸透镜的中心点和所述第二凸透镜中心点的距离不小于所述第二凸透镜的一倍焦距。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光光源为激光二极管。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一凹透镜和所述第一凸透镜的直径相同。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜的直径不同。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二凸透镜的直径大小和透过所述第二凸透镜后获得的激光光斑的大小成正相关。
全文摘要
本发明提供了一种激光发射装置，该装置从内到外依次安装有激光光源、凹透镜和两个凸透镜，激光光源发射出的激光先通过凹透镜进行激光光束的发散、扩束，使激光边缘光强弱的部分进行更大程度的发散，中间光强强的部分进行强度减弱。通过凹透镜的激光光束再依次通过两个凸透镜进行光束重组准直，第一个凸透镜对激光光束进行第一次会聚，选取光线均匀的部分进行准直，然后再通过另一片凸透镜对激光光束进行第二次会聚准直。因此，本发明无需对透镜进行遮挡，通过凹透镜对激光进行发散和扩束，再通过两个凸透镜对激光光束进行两次准直，即可获得光线准直均匀的激光，同时还保证了激光的光强。
文档编号G02B27/09GK103018908SQ20121057434
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者曾繁华, 金多, 牛麒斌, 张永鹏 申请人:重庆川仪自动化股份有限公司