專(zhuān)利名稱(chēng)：一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整形光學(xué)系統(tǒng)，特別是涉及一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
建筑工程、道路測(cè)量、軌道交通監(jiān)測(cè)等科學(xué)工程應(yīng)用場(chǎng)合均需要合適的線(xiàn)狀激光 束作為光源，要求該線(xiàn)狀光束具有一定的照度、發(fā)射角度、發(fā)射距離，且線(xiàn)狀光束要達(dá)到一 定的線(xiàn)性度和線(xiàn)寬指標(biāo)，其激光能量分布要相對(duì)均勻。通常，當(dāng)激光束經(jīng)過(guò)柱面透鏡或普通 鮑威爾棱鏡時(shí)，柱面透鏡或鮑威爾棱鏡均可對(duì)激光束在一個(gè)方向上進(jìn)行擴(kuò)展而形成線(xiàn)狀光 束，柱面透鏡所形成的線(xiàn)狀光束具有中間能量分布較高，邊緣能量分布較低的特點(diǎn)，鮑威爾 棱鏡則相反，其形成的線(xiàn)狀光束的能量分布具有中間弱，邊緣強(qiáng)的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是目前激光束經(jīng)過(guò)柱面透鏡或鮑威爾棱鏡時(shí)，其形成的 線(xiàn)狀光束的能量分布具有中間與邊緣存在不均勻分布。針對(duì)這一問(wèn)題，采用了柱面鏡+改 進(jìn)型的鮑威爾棱鏡結(jié)構(gòu)，即利用柱面鏡來(lái)控制入射到鮑威爾棱鏡的光束的入射面積和能量 分布，利用鮑威爾棱鏡的屋脊夾角來(lái)控制線(xiàn)性度發(fā)射角，利用所設(shè)計(jì)的鮑威爾棱鏡的屋脊 形狀為非球面結(jié)構(gòu)來(lái)控制輸出能量的分布，并通過(guò)適當(dāng)調(diào)整柱面鏡與改進(jìn)型鮑威爾棱鏡之 間的距離對(duì)入射到改進(jìn)型鮑威爾棱鏡的入射角和能量分布進(jìn)行微調(diào)，最終形成一能量均勻 分布，具有一定張角，長(zhǎng)度和寬度符合道路探測(cè)，軌道檢測(cè)等應(yīng)用需要的線(xiàn)狀光束。為此，本 發(fā)明提供一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的其技術(shù)方案是一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包含一個(gè)激光光 源，該光源激光波長(zhǎng)為近紅外激光，激光功率為數(shù)百毫瓦 50W，激光波長(zhǎng)為808nm、980nm 或者1064nm ;—套光纖傳輸系統(tǒng)；一套光束聚焦系統(tǒng)，光束聚焦系統(tǒng)包含透鏡組；一套線(xiàn)狀 光束整形系統(tǒng)，線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)包括一個(gè)柱面鏡，柱面鏡焦距f = 30 80mm) —個(gè)改進(jìn) 型的鮑威爾棱鏡(屋脊面夾角為10-80° )。近紅外激光經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖耦合系統(tǒng)耦合到光 纖中(光纖芯徑為100 400微米)，經(jīng)光纖耦合傳輸后的激光束，經(jīng)過(guò)一套光束聚焦系統(tǒng) (光束聚焦系統(tǒng)組合焦距f' = 80mm-150mm)，激光束變成一匯聚光束，該匯聚光束經(jīng)過(guò)線(xiàn) 狀光束整形系統(tǒng)，形成一笤帚狀光束，光束在橫向上，成扇形分布，在縱向上，成聚焦形狀； 通過(guò)適當(dāng)調(diào)整柱面鏡與改進(jìn)型鮑威爾棱鏡之間的距離來(lái)調(diào)整入射到改進(jìn)型鮑威爾棱鏡的 入射角和能量分布，最后在笤帚狀光束的縱向聚焦點(diǎn)處，形成一能量均勻分布，具有一定張 角，長(zhǎng)度和寬度符合道路探測(cè)，軌道檢測(cè)等應(yīng)用需要的線(xiàn)狀光束。
所述的透鏡組由三個(gè)透鏡(13) 、 (14)和(15)構(gòu)成。
所述的光纖(4)的芯徑為200微米。 所述的柱面鏡(8)的焦距f = 45咖，改進(jìn)后的鮑威爾棱鏡(9)屋脊面夾角為70。。
所述的鮑威爾棱鏡(9)的屋脊面形狀為非球面。
本發(fā)明特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)，效益及應(yīng)用范圍
本發(fā)明的特點(diǎn)是，針對(duì)目前道路檢測(cè)光源系統(tǒng)中，激光器與光束整形系統(tǒng)一體化
所導(dǎo)致環(huán)境溫度變換影響激光器工作狀態(tài)的問(wèn)題，采用了光纖傳輸，可以把激光器和光束 整形系統(tǒng)分開(kāi)，激光器可以放置在一定的冷卻環(huán)境如軌道檢測(cè)車(chē)內(nèi)，而光束整形系統(tǒng)可以 放置在相對(duì)惡劣的室外環(huán)境中，從而改進(jìn)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。利用一聚焦系統(tǒng)以及柱面 鏡+改進(jìn)型的鮑威爾棱鏡組成一線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)，該線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)可以避免了普通 的柱面鏡成像和普通鮑威爾棱鏡所成線(xiàn)狀光束的能量分布的不均勻性。適當(dāng)調(diào)整柱面鏡與 改進(jìn)型鮑威爾棱鏡之間的距離來(lái)調(diào)整入射到改進(jìn)型鮑威爾棱鏡的入射角和能量分布，形成 一能量均勻分布，具有一定張角，長(zhǎng)度和寬度符合道路探測(cè)，軌道檢測(cè)等應(yīng)用需要的線(xiàn)狀光 束。 道路探測(cè)，軌道測(cè)量等對(duì)于照明光束有比較高的要求的場(chǎng)合，如能量分布均勻性，
線(xiàn)寬一致性，長(zhǎng)的線(xiàn)長(zhǎng)，窄的線(xiàn)寬等等，采用本發(fā)明的現(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)，可以為道路探測(cè)， 軌道測(cè)量等提供優(yōu)質(zhì)的線(xiàn)性光源。本發(fā)明可以廣泛地用于建筑工程、道路測(cè)量和軌道交通 監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。


圖1 :一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
圖2 :聚焦系統(tǒng)透鏡組結(jié)構(gòu)圖 圖3 :改進(jìn)型鮑威爾棱鏡輸出光斑的縱向傳輸圖
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明結(jié)合附圖l，對(duì)其技術(shù)方案詳細(xì)敘述如下 —種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包含一個(gè)激光光源l，該激光光源l輻射激光2，激光 2功率為30W，激光2波長(zhǎng)為808nm，激光2經(jīng)過(guò)光纖耦合系統(tǒng)3，耦合到光纖4中，光纖4的 芯徑為200微米，激光2經(jīng)過(guò)光纖4傳輸后，形成具有相對(duì)均勻能量分布的光束5，光束5入 射到光束聚焦系統(tǒng)6，光束聚焦系統(tǒng)6包含透鏡13， 14和15，以及線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)7 ;線(xiàn) 狀光束整形系統(tǒng)7包括一個(gè)柱面鏡8(柱面鏡焦距f = 45mm)和一個(gè)改進(jìn)型的鮑威爾棱鏡 9(屋脊面夾角為70° )。激光束5經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)6后，形成一匯聚光束10，該匯聚光束10 經(jīng)過(guò)線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)7，形成一笤帚狀光束11，光束11在橫向上，成扇形分布，在縱向上， 成聚焦形狀；適當(dāng)調(diào)整柱面鏡8與改進(jìn)型鮑威爾棱鏡9之間的距離來(lái)調(diào)整入射到改進(jìn)型鮑 威爾棱鏡9的入射角和能量分布，最后在縱向聚焦點(diǎn)處，形成一能量均勻的線(xiàn)狀光束12。
權(quán)利要求
一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包括激光光源(1)、激光(2)、光纖耦合系統(tǒng)(3)、光纖(4)、聚焦系統(tǒng)(6)和線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)(7)，其特征是，所述的聚焦系統(tǒng)(6)由透鏡組和線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)(7)構(gòu)成；線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)(7)由一個(gè)柱面鏡(8)和一個(gè)改進(jìn)后的鮑威爾棱鏡(9)組成，柱面鏡(8)的焦距f＝30～80mm，改進(jìn)后的鮑威爾棱鏡(9)的屋脊面夾角為10～80°，激光光源(1)輻射激光(2)經(jīng)過(guò)光纖耦合系統(tǒng)(3)，耦合到光纖(4)傳輸后，形成具有能量相對(duì)均勻分布的光束(5)，光束(5)入射到光束聚焦系統(tǒng)(6)，激光束(5)經(jīng)過(guò)透鏡組后形成匯聚光束(10)，匯聚光束(10)經(jīng)過(guò)線(xiàn)狀光束整形系統(tǒng)(7)后，形成一笤帚狀光束(11)，光束(11)在橫向上成扇形分布、在縱向上成聚焦形狀；最后在縱向聚焦點(diǎn)處，形成一束能量均勻分布的線(xiàn)狀光束(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，所述的透鏡組由三 個(gè)透鏡(13)、 (14)和(15)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，所述的光纖(4) 的芯徑為200微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，所述的柱面鏡(8) 的焦距f = 45mm，改進(jìn)后的鮑威爾棱鏡(9)屋脊面夾角為70° 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，所述的鮑威爾棱鏡(9) 的屋脊面形狀為非球面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線(xiàn)狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，它包括激光光源、光纖耦合系統(tǒng)，傳輸光纖，球面透鏡組。其特征是，由光源發(fā)射的激光，經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)進(jìn)入光纖，再經(jīng)光纖傳輸后，入射到球面透鏡組，從球面透鏡組出射的光束，經(jīng)過(guò)柱面鏡+改進(jìn)型鮑威爾棱鏡組，在空間上形成一個(gè)笤帚狀光束，在縱向上聚焦點(diǎn)處，最終形成一能量均勻分布的線(xiàn)狀光束。本發(fā)明可以有效克服普通柱面鏡成像和普通鮑威爾棱鏡成像所帶來(lái)的線(xiàn)狀光束的能量不均勻的缺陷。采用光纖傳輸，可以把激光器和光束整形系統(tǒng)分開(kāi)提高了穩(wěn)定性。從而為軌道交通、道路檢測(cè)提供所需要的線(xiàn)狀光束。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于道路檢測(cè)，軌道交通所需要的線(xiàn)狀光束系統(tǒng)，也可應(yīng)用于建筑測(cè)繪等其他應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G02B7/02GK101770075SQ20091027339
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者夏文建, 王 鋒 申請(qǐng)人:武漢凌云光電科技有限責(zé)任公司