專利名稱：一種激光發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種激光發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
激光二極管可以作為激光分析儀的光源部分，激光分析儀通過激光二極管發(fā)出特定波長的激光束(僅能被待測氣體吸收)，穿過待測氣體時，激光強度的衰減與待測氣體的濃度成一定的函數(shù)關(guān)系，因此通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得待測氣體的濃度。但是，由于激光二極管發(fā)射出的激光光強分布為高斯分布，即中間光強較強，邊緣分布較弱，且具有發(fā)散角，所以用該激光檢測待測氣體濃度會有很大的偏差。因此，為減小獲得的待測氣體濃度的偏差，我們需要獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光。在激光分析儀的發(fā)射筒內(nèi)安裝有保護鏡片，用于將激光二極管和被測環(huán)境隔離?，F(xiàn)有技術(shù)為獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光，方法是將遮光片附著在保護鏡片上進行遮擋。因為激光光強分布為高斯分布，高斯分布的特點就是中間光強很強，邊緣光強很弱，而介于中間和邊緣之間的環(huán)形部分光強是近似均勻的，這樣通過遮擋就可以獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光。因為現(xiàn)有技術(shù)是遮擋透鏡中間和邊緣部分，遮擋面積過大會降低激光光強，遮擋過小達不到激光均勻的效果，所以遮擋面積不易確定。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光發(fā)射裝置，以實現(xiàn)無需對透鏡中間和邊緣部分進行遮擋，仍可以獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光。一種激光發(fā)射裝置，所述裝置從內(nèi)到外依次安裝有激光光源、第一凹透鏡、第一凸透鏡和第二凸透鏡，所述第一凹透鏡具有第一虛焦點和第二虛焦點，所述第一凸透鏡具有第一實焦點和第二實焦點，所述第二凸透鏡具有第三實焦點和第四實焦點；所述第一虛焦點與所述激光光源的距離為第一距離，所述第二虛焦點與所述激光光源的距離為第二距離，所述第一距離小于所述第二距離；所述第一實焦點與所述激光光源的距離為第三距離，所述第二實焦點與所述激光光源的距離為第四距離，所述第三距離小于所述第四距離；所述第三實焦點與所述激光光源的距離為第五距離，所述第四實焦點與所述激光光源的距離為第六距離，所述第五距離小于所述第六距離；所述第一虛焦點的位置與所述第一實焦點的位置重合于第一焦點，所述第一凸透鏡的中心點和所述第二凸透鏡中心點的距離不小于所述第二凸透鏡的一倍焦距。優(yōu)選的，所述激光光源為激光二極管。優(yōu)選的，所述第一凹透鏡和所述第一凸透鏡的直徑相同。優(yōu)選的，所述第一凸透鏡和所述第二凸透鏡的直徑不同。
優(yōu)選的，所述第二凸透鏡的直徑大小和透過所述第二凸透鏡后獲得的激光光斑的大小成正相關(guān)。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種激光發(fā)射裝置，該裝置從內(nèi)到外依次安裝有激光光源、凹透鏡和兩個凸透鏡，激光光源發(fā)射出的激光先通過凹透鏡進行激光光束的發(fā)散、擴束，使激光邊緣光強弱的部分進行更大程度的發(fā)散，中間光強強的部分進行強度減弱。通過凹透鏡的激光光束再依次通過兩個凸透鏡進行光束重組準(zhǔn)直，第一個凸透鏡對激光光束進行第一次會聚，選取光線均勻的部分進行準(zhǔn)直，然后再通過另一片凸透鏡對激光光束進行第二次會聚準(zhǔn)直。因此，本發(fā)明無需對透鏡進行遮擋，通過凹透鏡對激光進行發(fā)散和擴束，再通過兩個凸透鏡對激光光束進行兩次準(zhǔn)直，即可獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光。同時，本發(fā)明通過凹透鏡將激光外邊緣光強弱的部分去掉，并且，通過凹透鏡發(fā)散適當(dāng)減弱激光中間光強強的部分，相對于現(xiàn)有技術(shù)將中間光強強的部分和邊緣光強弱的部分均去掉的方法，保證了激光的光強。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例公開的一種激光發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中的一種凹透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中的一種凸透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中的另一種凸透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖1所示，本發(fā)明實施例公開了一種激光發(fā)射裝置，所述裝置從內(nèi)到外可以依次安裝有激光光源100、第一凹透鏡200、第一凸透鏡300和第二凸透鏡400,如圖2所示，所述第一凹透鏡200具有第一虛焦點210和第二虛焦點220，如圖3所示，所述第一凸透鏡300具有第一實焦點310和第二實焦點320，如圖4所示，所述第二凸透鏡400具有第三實焦點410和第四實焦點420，其中，所述第一虛焦點210與所述激光光源100的距離為第一距離，所述第二虛焦點220與所述激光光源100的距離為第二距離，所述第一距離小于第二距離；所述第一實焦點310與所述激光光源100的距離為第三距離，所述第二實焦點320與所述激光光源100的距離為第四距離，所述第三距離小于所述第四距離；所述第三實焦點410與所述激光光源100的距離為第五距離，所述第四實焦點420與所述激光光源100的距離為第六距離，所述第五距離小于所述第六距離；
如圖1所示，所述第一虛焦點210的位置與所述第一實焦點310的位置重合于第一焦點001，所述第一凸透鏡300的中心點和所述第二凸透鏡400中心點的距離不小于所述
第二凸透鏡400的一倍焦距。具體的，凹透鏡又稱為負(fù)球透鏡，鏡片的中央薄，周邊厚，成凹形，所以又叫凹透鏡。凹透鏡對光有發(fā)散作用，平行光通過凹透鏡發(fā)生偏折后，光線發(fā)散，稱為發(fā)散光線。因為發(fā)散光線不可能形成實焦點，所以將發(fā)散光線沿著其反向延長線延長，在投射光線的同一側(cè)交于一點，該點稱為虛焦點。其中凹透鏡有兩個虛焦點。凸透鏡是根據(jù)光的折射原理制成的，其中央較厚，邊緣較薄。凸透鏡可以分為雙凸、平凸和凹凸等形式，因為凸透鏡對光具有會聚作用，所以又可以稱為聚光透鏡。平行光線通過凸透鏡發(fā)生折射后，光線會聚于一點，該點稱為實焦點。其中凸透鏡有兩個實焦點。 可以理解的是，本發(fā)明中所述第一虛焦點210的位置與所述第一實焦點310的位置重合于第一焦點001，即所述第一凹透鏡200和所述第一凸透鏡300為虛共焦結(jié)構(gòu)。因此，激光光束通過所述第一凹透鏡200發(fā)散、擴束后，激光光束的反向延長線聚焦在所述第一虛焦點210處，因為所述第一虛焦點210和與所述第一實焦點310重合，所以可以看成位于所述第一實焦點310的光源，向所述第一凸透鏡300發(fā)射激光光束，因此，激光光束通過所述第一凸透鏡300后獲得激光的平行光束。具體的，實際應(yīng)用中，在選擇所述第一凹透鏡200和所述第一凸透鏡300時，我們可以根據(jù)準(zhǔn)直倍率進行選擇，準(zhǔn)直倍率公式如下T = —*-
f\其中4為凹透鏡焦距，f2為凸透鏡焦距，ω (I)為入射激光束在凹透鏡上的光束半徑，Wtl為入射高斯光束束腰半徑。其中，所述高斯光束束腰半徑定義為激光光強下降到原有激光光強的87%時的光束半徑，所述高斯光束束腰半徑和激光光源自身的性質(zhì)相關(guān)，即是激光光源出廠時就已經(jīng)確定的，即使是完全相同的激光光源，他們的高斯光束束腰半徑也互不相同。從公式中可以看出，準(zhǔn)直倍率和凸透鏡焦距與凹透鏡焦距的比值成正比。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，凸透鏡(凹透鏡)越厚，對光的折射能力越強，凸透鏡(凹透鏡)的焦距越短，相反，凸透鏡(凹透鏡)越薄，對光的折射能力越弱，凸透鏡(凹透鏡)的焦距越長。同時，凸透鏡(凹透鏡)本身的材料密度對其自身的焦距也有影響，材料密度越大，其焦距越短，相反，材料密度越小，其焦距越長?？梢岳斫獾氖牵鶕?jù)凸透鏡的成像原理，像距(即焦距)小于物距(本發(fā)明中即所述第一凸透鏡300的中心點和所述第二凸透鏡400中心點的距離)時，光源經(jīng)過凸透鏡所生成的像為虛像，因為本發(fā)明中需要獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光，即實像，所以所述第一凸透鏡300的中心點和所述第二凸透鏡400中心點的距離不小于所述第二凸透鏡400的一倍焦距。優(yōu)選的，所述第一凹透鏡200和所述第一凸透鏡300的直徑可以相同，這樣我們可以通過選擇不同厚度的所述第一凹透鏡200和所述第一凸透鏡300，以使所述第一凹透鏡200和所述第一凸透鏡300為虛共焦結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述第一凸透鏡300和所述第二凸透鏡400的直徑可以不同，因為凸透鏡的直徑大小和透過凸透鏡后獲得的激光光斑的大小成正相關(guān)，即凸透鏡的直徑越大，所述激光光斑越大，凸透鏡直徑越小，激光光斑越小。實際應(yīng)用中，激光光束先通過所述第一凸透鏡300進行第一次準(zhǔn)直，再通過所述第二凸透鏡400進行第二次準(zhǔn)直，所以我們可以根據(jù)實際對光斑大小的需要來選取大小不同的所述第二凸透鏡400，以使最終獲得的激光光束的發(fā)射角小于O. 1°，獲得的光斑在10mm-14mm 范圍內(nèi)。優(yōu)選的，所述激光光源100可以為激光二極管，還可以為半導(dǎo)體激光器或是其他的可以產(chǎn)生激光的裝置，本發(fā)明在此不做限定。綜上可以看出，所述第一凹透鏡200、第 一凸透鏡300和所述第二凸透鏡400的選擇可以根據(jù)激光光源的發(fā)射角(即高斯光束束腰半徑)、需要獲取的激光的發(fā)射角和準(zhǔn)直倍率計算得到?？梢岳斫獾氖?，在實際中，可以通過仿真(即使用可控的手段來模擬真實的情況)來對儀器的研發(fā)改進提供依據(jù)。通過激光高斯光束波形仿真的方法，對本發(fā)明中最終獲得激光波形進行仿真后得出，本發(fā)明最終獲得的激光光束的波長和實際需要獲得的波長基本相同。優(yōu)選的，波像差指的是通過光學(xué)系統(tǒng)的實際波面與理想波面的偏離。光學(xué)系統(tǒng)的波像差小于λ/4即可以看成接近理想狀態(tài)，而本發(fā)明中的波像差可以達到λ/30，說明本發(fā)明獲得的波像相比普通的光學(xué)系統(tǒng)更有優(yōu)勢。優(yōu)選的，通過光學(xué)設(shè)計軟件ZEMAX對本發(fā)明最終獲得的激光光束的強度進行仿真，如當(dāng)獲得的激光光斑的直徑為0-9_時，在該激光光斑的任何位置，可以測得該點的激光強度均在原始激光強度的97%-98%之間，即我們最終獲得的是光強準(zhǔn)直且均勻的激光。綜上可知，本發(fā)明提供了一種激光發(fā)射裝置，該裝置從內(nèi)到外依次安裝有激光光源、凹透鏡和兩個凸透鏡，激光光源發(fā)射出的激光先通過凹透鏡進行激光光束的發(fā)散、擴束，使激光邊緣光強弱的部分進行更大程度的發(fā)散，中間光強強的部分進行強度減弱。通過凹透鏡的激光光束再依次通過兩個凸透鏡進行光束重組準(zhǔn)直，第一個凸透鏡對激光光束進行第一次會聚，選取光線均勻的部分進行準(zhǔn)直，然后再通過另一片凸透鏡對激光光束進行第二次會聚準(zhǔn)直。因此，本發(fā)明無需對透鏡進行遮擋，通過凹透鏡對激光進行發(fā)散和擴束，再通過兩個凸透鏡對激光光束進行兩次準(zhǔn)直，即可獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種激光發(fā)射裝置，其特征在于，所述裝置從內(nèi)到外依次安裝有激光光源、第一凹透鏡、第一凸透鏡和第二凸透鏡，所述第一凹透鏡具有第一虛焦點和第二虛焦點，所述第一凸透鏡具有第一實焦點和第二實焦點，所述第二凸透鏡具有第三實焦點和第四實焦點；所述第一虛焦點與所述激光光源的距離為第一距離，所述第二虛焦點與所述激光光源的距離為第二距離，所述第一距離小于所述第二距離；所述第一實焦點與所述激光光源的距離為第三距離，所述第二實焦點與所述激光光源的距離為第四距離，所述第三距離小于所述第四距離；所述第三實焦點與所述激光光源的距離為第五距離，所述第四實焦點與所述激光光源的距離為第六距離，所述第五距離小于所述第六距離；所述第一虛焦點的位置與所述第一實焦點的位置重合于第一焦點，所述第一凸透鏡的中心點和所述第二凸透鏡中心點的距離不小于所述第二凸透鏡的一倍焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光光源為激光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一凹透鏡和所述第一凸透鏡的直徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一凸透鏡和所述第二凸透鏡的直徑不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二凸透鏡的直徑大小和透過所述第二凸透鏡后獲得的激光光斑的大小成正相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種激光發(fā)射裝置，該裝置從內(nèi)到外依次安裝有激光光源、凹透鏡和兩個凸透鏡，激光光源發(fā)射出的激光先通過凹透鏡進行激光光束的發(fā)散、擴束，使激光邊緣光強弱的部分進行更大程度的發(fā)散，中間光強強的部分進行強度減弱。通過凹透鏡的激光光束再依次通過兩個凸透鏡進行光束重組準(zhǔn)直，第一個凸透鏡對激光光束進行第一次會聚，選取光線均勻的部分進行準(zhǔn)直，然后再通過另一片凸透鏡對激光光束進行第二次會聚準(zhǔn)直。因此，本發(fā)明無需對透鏡進行遮擋，通過凹透鏡對激光進行發(fā)散和擴束，再通過兩個凸透鏡對激光光束進行兩次準(zhǔn)直，即可獲得光線準(zhǔn)直均勻的激光，同時還保證了激光的光強。
文檔編號G02B27/09GK103018908SQ20121057434
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者曾繁華, 金多, 牛麒斌, 張永鵬 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司