專利名稱：2μm相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預擴束系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在一些激光雷達、激光器準直系統(tǒng)中，經(jīng)常應用擴束器來改變出射光口徑，改善激光束的發(fā)散角。通常擴束系統(tǒng)是利用非球面物鏡和負彎月形透鏡分別校正像差，這樣對于擴束倍率較大的系統(tǒng)，采用的鏡片會很多，結(jié)構(gòu)復雜，且光能量損失大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的擴束系統(tǒng)的光能量損失大的問題，從而提供一種2μπι 相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)。2 μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，它包括負彎月形透鏡和非球面物鏡，所述負彎月形透鏡和非球面物鏡同軸設(shè)置。負彎月形透鏡和非球面物鏡的初級像差理論為=hP\
'-V,
⑴其中，
U- -U, 0 U- U-A =(y^y) (ν—τ)，
Zn Zn(2)
e2K =——j(η -η)
rO式中下標j = I或Zj1為像差系數(shù)，Ii1表示入射光線在負彎月形透鏡上的高度， h2表示入射光線在非球面物鏡上的高度，ujPu' i分別為負彎月形透鏡的入射孔徑角和出射孔徑角，U2和u' 2分別為非球面物鏡的入射孔徑角和出射孔徑角，K為非球面物鏡的非球面像差系數(shù)，e2為非球面物鏡的二次曲面的偏心率，η為空間介質(zhì)的折射率，n'為負彎月形透鏡材料的折射率，R0為非球面物鏡中心曲率半徑。負彎月形透鏡的焦距和非球面物鏡的焦距f2的關(guān)系為f2 = -10f\。負彎月形透鏡前表面的曲率半徑Γι和其后表面的曲率半徑r2之間滿足負彎月形透鏡焦距公式
f _ Ψι
_3] I⑶式中，是負彎月形透鏡的焦距。非球面物鏡為平凸非球面鏡，其非球面中心曲率半徑Rtl為R0 = (n/ -I) f2(4)式中，f2是非球面物鏡的焦距。
Pj值采用下述方法獲得利用預擴束系統(tǒng)光學特性有
h -hh2 = h1+du/ u' 2 = U1 = O, U2 = !，< =- d = f2_fι(5)
a其中，d為負彎月形透鏡和非球面物鏡之間的光學間隔；獲得邊緣光線在每個面上的入射角u和出射孔徑角u'，代入公式(2)，獲得非球面物鏡各個面的&值。將P和K代入式(I)中，并令S1 = O即可計算出非球面物鏡的非球面偏心率e2的大小即確定二次曲面的面型。只要知道了非球面物鏡的曲率半徑Rtl和偏心率e2，則非球面物鏡的結(jié)構(gòu)就確定了。負彎月形透鏡和非球面物鏡的材料均為石英玻璃，且折射率n'均為1.4505。Ii1 = O. 5mm, h2 = 5mm。負彎月形透鏡和非球面物鏡的材料均為對紅外光高透的熔融石英玻璃。負彎月形透鏡前表面的曲率半徑F1 = 180mm，焦距= -31mm，非球面物鏡的二次曲面的偏心率e2 = O. 2。有益效果本發(fā)明根據(jù)激光測風雷達系統(tǒng)中發(fā)射激光束的發(fā)散角要求，采用單片非球面透鏡產(chǎn)生的像差與單片負彎月形透鏡產(chǎn)生的像差共扼的方法，構(gòu)架了一種帶有非球面的倒置伽利略望遠鏡形式的預擴束系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的擴束系統(tǒng)分別校正物鏡和負彎月形透鏡像差而引起的鏡片多，光能量損失大的問題。本發(fā)明的預擴束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且擴束精度聞。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的預擴束系統(tǒng)的波相差分析示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖I說明本具體實施方式
，2 μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，它包括負彎月形透鏡I和非球面物鏡2，所述負彎月形透鏡I和非球面物鏡2同軸設(shè)置。負彎月形透鏡I和非球面物鏡2的初級像差理論為=h,Px+ h2P2+(1)其中，
￡K =--Y (η —η)
rO式中下標j = I或2，S1為像差系數(shù)，hi表示入射光線在負彎月形透鏡I上的高度，h2表示入射光線在非球面物鏡2上的高度，U1和Y ι分別為負彎月形透鏡I的入射孔徑角和出射孔徑角，U2和u' 2分別為非球面物鏡2的入射孔徑角和出射孔徑角，K為非球面物鏡2的非球面像差系數(shù)，e2為非球面物鏡2的二次曲面的偏心率，η為空間介質(zhì)的折射率，n'為負彎月形透鏡I材料的折射率，R0為非球面物鏡2中心曲率半徑。
5
負彎月形透鏡I的焦距和非球面物鏡2的焦距f2的關(guān)系為f2 = -IOf10負彎月形透鏡I前表面的曲率半徑Γι和其后表面的曲率半徑1*2之間滿足負彎月形透鏡I焦距公式
權(quán)利要求
1.2μm相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征是它包括負彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)，所述負彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)同軸設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于，負彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)的初級像差理論為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于，負彎月形透鏡⑴的焦距和非球面物鏡⑵的焦距f2的關(guān)系為f2 = -IOf10
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于，負彎月形透鏡(I)前表面的曲率半徑!^和其后表面的曲率半徑1"2之間滿足負彎月形透鏡(I)焦距公式
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于，非球面物鏡(2)為平凸非球面鏡，其非球面中心曲率半徑Rtl為R0=(n'-1)f2式中，f2是非球面物鏡(2)的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于，P」值采用下述方法獲得利用預擴束系統(tǒng)光學特性有
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于負彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)的材料均為石英玻璃，且折射率n'均為1.4505。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μπι相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于Ill=O.5mm, h2 = 5mm η
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于負彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)的材料均為對紅外光高透的熔融石英玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2 μ m相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，其特征在于負彎月形透鏡(I)前表面的曲率半徑A = 180mm，焦距= -31mm，非球面物鏡(2)的二次曲面的偏心率 e2 = O. 2。
全文摘要
2μm相干測風激光雷達預擴束系統(tǒng)，涉及一種預擴束系統(tǒng)，它是為了解決現(xiàn)有的擴束系統(tǒng)的光能量損失大的問題。本發(fā)明根據(jù)激光測風雷達系統(tǒng)中發(fā)射激光束的發(fā)散角要求，采用單片非球面透鏡產(chǎn)生的像差與單片負彎月形透鏡產(chǎn)生的像差共扼的方法，構(gòu)架了一種帶有非球面的倒置伽利略望遠鏡形式的預擴束系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的擴束系統(tǒng)分別校正非球面物鏡和負彎月形透鏡像差而引起的鏡片多，光能量損失大的問題。本發(fā)明的預擴束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且精度高。本發(fā)明適用于激光雷達、激光器準直系統(tǒng)。
文檔編號G02B27/09GK102590800SQ20121006092
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者李彥超, 王春暉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學