一种光源准直扩束系统的制作方法

本发明涉及光学，尤其涉及一种光源准直扩束系统。

背景技术：

1、准直镜是将发散光源变为平行光，或者将发散角度变小的一类光学整形系统，以有利于光的传输以及后续整形，在各类光源中(led，激光等)都有广泛的需求。激光准直镜一般针对于光纤出光的激光器，光纤端面尺寸较小，通常被认为成一个点光源，光源放在透镜的前焦点上，经过准直镜后形成平行光出射。由于单球面透镜球差较大，所以常需要采用非球面透镜。

2、扩束镜是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。从激光器发出的激光束具有一定的发散角，对于激光加工来说，只有通过扩束镜的调节使激光光束变为准直(或者平行)光束，才能利用聚焦镜获得细小的高功率密度光斑。在激光测距中，必须通过扩束镜最大限度地改善激光的准直度才能得到理想的远距离测量效果。通过扩束镜能改变光束直径以便用于不同的光学仪器设备。扩束镜一般是在光学望远镜的基础上发展而来的无焦系统设计。在此类系统中，物体光线以平行方式进入内部光学元件的光轴中，并以平行方式离开。光学结构通常采用望远镜的结构(开普勒式或者伽利略式)。

3、如果要将光纤激光器的发散光斑(几百um)准直扩束到较大尺寸(几十mm)，通常有以下几种方法：采用较大尺寸和焦距的正透镜(组)，将光源放在前焦点处，就是如前所述准直镜的设计方法。由于像差的影响，这种方法较难得到整个口径范围内均匀的光斑。只能选取透镜中间部分使用，能量利用率极低。而如果采取非球面设计的话，大口径的非球面透镜价格昂贵，也难以解决色差问题。采用小焦距透镜准直，再加望远系统扩束镜的方法。这种方法的缺点是结构复杂，而且较大的扩束比需要望远镜的目镜和物镜之间有较大的焦距比，这样同样容易带来较大的像差，难以克服均匀性问题。有时也在以上两种方式后面再加入微透镜阵列/匀光棒/滤光片等整形器件进行整形，但是在光纤数值孔径较大的情况下，采用微透镜阵列或者匀光棒等其他光束整形器件，都会带来光源利用率的损失。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种准直扩束系统，以实现从小光源到高能量利用率、高均匀性、高扩束比、高准直度的准直扩束系统，并且结构简单，易于实现。

2、本发明实施例提供了一种准直扩束系统，包括：沿光源的光轴方向从所述光源到物面依次设置的：

3、第一透镜组，具有正光焦度；孔径光阑；以及第二透镜组，具有正光焦度；

4、所述光源位于所述第一透镜组的前焦点处，所述孔径光阑位于所述第二透镜组的前焦点处，所述前焦点为靠近所述光源一侧的焦点。

5、可选的，所述第一透镜组具有第一焦距，所述第二透镜组具有第二焦距，所述第二焦距大于所述第一焦距。

6、可选的，所述第一透镜组包括第一透镜；所述第二透镜组包括第二透镜。

7、可选的，所述第一透镜和所述第二透镜均为菲涅尔透镜。

8、可选的，所述第二透镜为双胶合正透镜。

9、可选的，所述第一透镜的焦距记为f1，所述孔径光阑与所述第一透镜之间沿所述光轴的距离记为s，满足：

10、0≤s≤f1。

11、可选的，所述第一透镜组包括第一透镜；所述第二透镜组包括第一柱面镜组和第二柱面镜组，所述第一柱面镜组和第二柱面镜组依次间隔设置在第一透镜的出射的光路上，所述第一柱面镜组包括沿所述光路朝远离所述第一透镜方向依次设置且相胶合的第一前柱透镜和第一后柱透镜，所述第二柱面镜组包括沿所述光路朝远离所述第一柱面镜组方向依次设置相胶合的第二前柱透镜和第二后柱透镜。

12、可选的，所述第一柱透镜组在垂直于所述光轴的第二方向上的光学表面的光焦度为0，所述第一前柱透镜在垂直于所述光轴的第一方向的光学表面为凸面，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第二柱透镜组在所述第一方向的光学表面均为平面，所述第二前柱透镜在所述第二方向上的光学表面的光焦度为0。

13、可选的，所述第一透镜组具有第一焦距，所述第二透镜组具有第二焦距，记所述第一焦距为f1，记所述第二焦距为f2；

14、所述光源相对所述第一透镜组的发散角为θ，所述光源发射的光经所述第二透镜组出射的光线发散角β满足：

15、β＝θ/(f2/f1)。

16、可选的，所述第一透镜组具有第一焦距，所述第二透镜组具有第二焦距，记所述第一焦距为f1，记所述第二焦距为f2；

17、所述光源相对所述第一透镜组的最大直径尺寸为d，所述光源发射的光经所述第二透镜组出射后的光束口径d满足：

18、d＝f2*d/2f1。

19、本发明实施例提供了一种光源准直扩束系统，包括：沿光源的光轴方向从光源到物面依次设置的：第一透镜组，具有正光焦度；孔径光阑；以及第二透镜组，具有正光焦度；光源位于第一透镜组的前焦点处，孔径光阑位于第二透镜组的前焦点处，前焦点为靠近光源一侧的焦点。本发明实施例提供的光源准直扩束系统，通过合理设置第一透镜组、第二透镜组和孔径光阑的位置，可以实现从小光源到高能量利用率、高均匀性、高扩束比、高准直度的准直扩束系统，并且结构简单，易于实现。

技术特征：

1.一种光源准直扩束系统，其特征在于，包括：沿光源的光轴方向从所述光源到物面依次设置的：

2.根据权利要求1所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜组具有第一焦距，所述第二透镜组具有第二焦距，所述第二焦距大于所述第一焦距。

3.根据权利要求1所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜组包括第一透镜；所述第二透镜组包括第二透镜。

4.根据权利要求3所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜均为菲涅尔透镜。

5.根据权利要求3所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第二透镜为双胶合正透镜。

6.根据权利要求3所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜的焦距记为f1，所述孔径光阑与所述第一透镜之间沿所述光轴的距离记为s，满足：

7.根据权利要求1所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜组包括第一透镜；所述第二透镜组包括第一柱面镜组和第二柱面镜组，所述第一柱面镜组和第二柱面镜组依次间隔设置在第一透镜的出射的光路上，所述第一柱面镜组包括沿所述光路朝远离所述第一透镜方向依次设置且相胶合的第一前柱透镜和第一后柱透镜，所述第二柱面镜组包括沿所述光路朝远离所述第一柱面镜组方向依次设置相胶合的第二前柱透镜和第二后柱透镜。

8.根据权利要求7所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一柱透镜组在垂直于所述光轴的第二方向上的光学表面的光焦度均为0，所述第一前柱透镜在垂直于所述光轴的第一方向的光学表面为凸面，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第二柱透镜组在所述第一方向的光学表面的光焦度均为0，所述第二前柱透镜在所述第二方向上的光学表面为凸面。

9.根据权利要求8所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜组具有第一焦距，所述第二透镜组具有第二焦距，记所述第一焦距为f1，记所述第二焦距为f2；

10.根据权利要求8所述的光源准直扩束系统，其特征在于，所述第一透镜组具有第一焦距，所述第二透镜组具有第二焦距，记所述第一焦距为f1，记所述第二焦距为f2；

技术总结
本发明实施例公开了一种光源准直扩束系统，包括：沿光源的光轴方向从光源到物面依次设置的：第一透镜组，具有正光焦度；孔径光阑；以及第二透镜组，具有正光焦度；光源位于第一透镜组的前焦点处，孔径光阑位于第二透镜组的前焦点处，前焦点为靠近光源一侧的焦点。本发明实施例提供的光源准直扩束系统，可以实现从小光源到高能量利用率、高均匀性、高扩束比、高准直度的准直扩束系统，并且结构简单，易于实现。

技术研发人员：黄怡,宋李烟,许小杰,郑玉洁
受保护的技术使用者：深圳华大智造科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11