柱面片状光源系统的制作方法

本实用新型涉及光学设备领域，具体涉及一种产生片状光斑的柱面片状光源系统。

背景技术：

piv即particleimagevelocimetry，又称粒子图像测速法，是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。由于示踪粒子尺寸在微米量级，且在一定范围内示踪粒子数量较多，为了实现瞬态、多点、无接触式测量，同时提高光能利用率，对照射在示踪粒子上面的光源提出了较高的要求。一方面为了使光斑能够尽可能接近示踪粒子的尺寸，需要光斑在一个方向(如x方向)尺寸较小，另一方面为了使光斑能够覆盖一定范围内的多个示踪粒子，因此需要光斑在另一个方向(如y方向)光斑尺寸较大，即照射在示踪粒子上面的光斑应为片状光源。如图1所示：光斑在x方向尺寸较小，y方向尺寸较大。同时为了使片状光源存在于一定范围内，还需要使片状光源在z轴具有一定厚度。

目前市面上用于产生片状光斑的有两种系统，一种需要通过工作物质为nd:yag或nd:ylf等的固体激光器搭配光学镜片组产生，但激光器成本很高。如公开号jp2001356130a的日本专利所公开的一种液体流动或射流可视化装置，其中的片状光源包括固体激光器、球形凸透镜和柱面透镜。

另外一种为将连续半导体激光器产生的光斑通过凸透镜或者鲍威尔棱镜发散产生片光，这种方法只能用于激光器输出光斑直径较小的情况下。如，公开号cn2612943y的中国专利所公开的一种微小粒子力度激光成像测量装置，其中，通过激光器产生光斑，然后通过柱面镜和凸透镜的组合将其转换成薄片光源。

因此，需要提供一种柱面片状光源系统，减小片状光源对激光器本身的限制。

技术实现要素：

本实用新型针对目前piv检测中得到片状光源需要成本昂贵的nd:yag、nd:ylf激光器且仅能将较小尺寸的光斑整形为片状光源的现状，提供一种柱面片状光源系统，能够将普通激光器发出的大光斑整形为片状光斑，减小了片状光源对激光器本身的限制。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

柱面片状光源系统，包括激光器、球面镜组和柱面镜，所述球面镜组和柱面镜依次设置在激光器的出射光路上；所述球面镜组包括多个具有不同光焦度的球面镜；所述球面镜组用于将激光器发出的光斑汇聚为点光源，所述柱面镜用于将点光源转换为片状光源。

优选地，所述球面镜组包括第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜，所述第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜依次设置在激光器的出射光路上。

优选地，所述第一球面镜为双凹球面镜，所述第二球面镜为弯月球面镜，所述第三球面镜为双凸球面镜。

优选地，所述柱面镜为平凸柱面镜。

优选地，所述平凸柱面镜采用熔石英材质制备；所述平凸柱面镜的曲率半径为2800mm，折射率为1.46。

优选地，所述柱面片状光源系统封装于壳体内，所述壳体绕系统中心轴可旋转。

优选地，所述壳体内设置有安装组件，用于安装球面镜和柱面镜。

优选地，所述柱面镜具有旋转组件。

优选地，所述柱面片状光源系统用于将直径大于12mm的光斑整形为片状光源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型包括激光器、球面镜组和柱面镜，所述球面镜组包括多个具有不同光焦度的球面镜；所述球面镜组用于将激光器发出的光斑汇聚为点光源，所述柱面镜用于将点光源转换为片状光源；普通激光器产生的较大光斑在经过本实用新型系统后，可在光轴方向一段距离内得到具有一定厚度的片状光斑，得到的片状光斑在一个方向尺寸较小(＜0.5mm)，在另一个方向上光斑尺寸较大(约6mm)，且片状光斑在这一段距离内基本无变化，实现了将普通激光器发出的大光斑整形为片状光斑的目的，减小了片状光源对激光器本身的限制。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的片状光源的示意图。

图2为根据本实用新型实施例的系统结构示意图。

图中：1、激光器；2、第一球面镜；3、第二球面镜；4、第三球面镜；5、平凸柱面镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种柱面片状光源系统，包括激光器、球面镜组和柱面镜，所述球面镜组和柱面镜依次设置在激光器的出射光路上；所述球面镜组包括多个具有不同光焦度的球面镜；所述球面镜组用于将激光器发出的光斑汇聚为点光源，所述柱面镜用于将点光源转换为片状光源。本实用新型采用球面镜组和柱面镜的组合，通过球面镜组将激光器发出的较大直径且具有一定发散角的光斑汇聚为点光源，然后通过柱面镜将其中一个方向(如x方向)发散，同时另一个方向(如y方向)先汇聚至最小尺寸然后再发散，从而得到具有一定厚度的片状光源。

作为一种实施方式，所述柱面片状光源系统用于将直径大于12mm的光斑整形为片状光源。普通激光器发出的光斑在经过所述系统后，可在光轴方向一段距离内得到片状光斑，且得到的片状光斑在一个方向尺寸较小(＜0.5mm)，在另一个方向上光斑尺寸较大(约6mm)，且片状光斑在这一段距离内基本无变化。

如图1所示，将光斑沿xyz三个方向划分，利用球面镜组合将其中x方向的光斑先汇聚至最小尺寸然后发散，如光斑从0.5mm汇聚到0.3mm然后发散至0.5mm；利用柱面镜将其中y方向的光斑发散；因此，在光路行进的z方向存在一段距离，在这段距离内，片状光源满足x方向光斑较小，y方向光斑尺寸较大，从而增大了片状光源的工作距离。

如图2所示，所述球面镜组包括第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜，所述第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜依次设置在激光器的出射光路上。所述第一球面镜为双凹球面镜，所述第二球面镜为弯月球面镜，所述第三球面镜为双凸球面镜。由于球面镜组采用了三枚具有不同光焦度的透镜搭配，系统像差可以达到极小，光斑在其中一个方向(如x方向)汇聚至最小尺寸约0.3mm。

进一步地，所述柱面镜为平凸柱面镜。所述平凸柱面镜采用熔石英材质制备；所述平凸柱面镜的曲率半径为2800mm，折射率为1.46。所述平凸柱面镜曲率半径较大，且折射率较小，因此在片状光源工作距离内，另一方向的光斑尺寸变化较小。

作为一种实施方式，所述柱面片状光源系统封装于壳体内，所述壳体绕系统中心轴可旋转。由于最后一枚镜片为平凸柱面镜，因此，将所述系统设计为可整体旋转，通过旋转系统，达到可以切换片状光源x、y方向的目的。

进一步地，所述壳体内设置有安装组件，用于安装球面镜和柱面镜。具体来说，安装组件可包括安装镜座及用于组入镜片的机械件。

作为一种实施方式，所述柱面镜具有旋转组件。通过旋转组件旋转柱面镜，达到可以切换片状光源x、y方向的目的。

本实用新型包括激光器、球面镜组和柱面镜，所述球面镜组包括多个具有不同光焦度的球面镜；所述球面镜组用于将激光器发出的光斑汇聚为点光源，所述柱面镜用于将点光源转换为片状光源；普通激光器产生的较大光斑在经过本实用新型系统后，可在光轴方向一段距离内得到片状光斑，得到的片状光斑在一个方向尺寸较小，在另一个方向上光斑尺寸较大，且片状光斑在这一段距离内基本无变化。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。