一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法。技術(shù)背景
[0002]在激光器的應(yīng)用中，常常要根據(jù)應(yīng)用的需求，使出射的激光光束發(fā)散角發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)不同的照射效果。例如，為了增加對(duì)目標(biāo)的覆蓋范圍，常要求提高光束的發(fā)散角，而為了增加照射距離，卻需要減小發(fā)散角。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，常規(guī)的辦法是根據(jù)需要更換不同焦距的光學(xué)透鏡。但實(shí)際應(yīng)用中，這樣做費(fèi)時(shí)費(fèi)事，不適合對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。為此，我們提出了采用熱效應(yīng)控制的用于激光照射和接受系統(tǒng)的可變焦透鏡。
[0003]當(dāng)激光經(jīng)過介質(zhì)傳輸時(shí)，通常有部分的激光能量會(huì)被介質(zhì)吸收，造成激光能量損失，同時(shí)引起介質(zhì)的溫度升高，導(dǎo)致介質(zhì)的折射率發(fā)生變化，稱之為激光的熱效應(yīng)現(xiàn)象。對(duì)于圓形對(duì)稱的激光光斑，這種熱效應(yīng)的后果就是在介質(zhì)中形成一種類似凸(凹)透鏡的效應(yīng)，稱為介質(zhì)熱透鏡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，以便在不改變光學(xué)系統(tǒng)的情況下，隨需要而調(diào)節(jié)激光光束的控制系統(tǒng)，使激光光束發(fā)散角得到控制，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變激光發(fā)散角的目的。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:至少包括光路調(diào)節(jié)裝置、介質(zhì)、第一激光器和第二激光器，第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為A1的光束通過介質(zhì)輸出，第二激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為入2的光束進(jìn)入介質(zhì)，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)入2進(jìn)入介質(zhì)，使第一激光器通過介質(zhì)的光軸線上形成一個(gè)熱透鏡，改變第二激光器功率大小，調(diào)節(jié)熱透鏡焦距，使第一激光器光束受熱透鏡焦距變化，改變輸出發(fā)散角。
[0006]所述的介質(zhì)為柱狀體，第一激光器和第二激光器輸出光束通過柱狀體的中心光軸;所述的介質(zhì)對(duì)第一激光器發(fā)出的λι光束實(shí)現(xiàn)全透射，對(duì)第二激光器發(fā)出的光束實(shí)現(xiàn)全吸收。
[0007]所述的第一激光器輸出光路與介質(zhì)中心光軸重合，第二激光器輸出光路經(jīng)光路調(diào)節(jié)裝置后與介質(zhì)中心光軸重合。
[0008]所述的第二激光器輸出光路與介質(zhì)中心光軸重合，第一激光器輸出光路經(jīng)光路調(diào)節(jié)裝置后與介質(zhì)中心光軸重合。
[0009]所述的光路調(diào)節(jié)裝置是鍍膜平面鏡。
[0010]所述的介質(zhì)通過熱沉散熱。
[0011]所述的介質(zhì)與透鏡組形成光速發(fā)散角調(diào)節(jié)光路。
[0012]所述的第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λι = 1064nm，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)為= 808nm波長(zhǎng)，介質(zhì)摻雜有Nd: YAG。
[0013]所述的第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λι是532nm，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ2 = 808ηηι波長(zhǎng)，介質(zhì)摻雜有Nd: YAG。
[00?4] 所述的第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λι = 1064nm，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)為人2 = 940nm波長(zhǎng)，介質(zhì)摻雜Yb: YAG。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:由于本發(fā)明至少包括介質(zhì)、第一激光器和第二激光器，第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λι的光束通過介質(zhì)輸出，第二激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λ2的光束進(jìn)入介質(zhì)，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)入2進(jìn)入介質(zhì)，使第一激光器通過的介質(zhì)光軸線上形成一個(gè)熱透鏡，改變第二激光器功率大小，調(diào)節(jié)熱透鏡焦距，使第一激光器受熱透鏡焦距變化，改變輸出發(fā)散角。這種方式具有激光光束發(fā)散角快速可控的優(yōu)點(diǎn)，特別適合快速依據(jù)需要改變輸出發(fā)散角的場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例5結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖中:1.第一激光器;2.光路調(diào)節(jié)裝置;3.第二激光器;4.介質(zhì)；5.散熱機(jī)構(gòu);6.透鏡組。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，包括輸出波長(zhǎng)為&的第一激光器I，輸出波長(zhǎng)為λ2的第二激光器3，與水平方向成45°角的鍍膜平面鏡(光路調(diào)節(jié)裝置2)和摻雜Nd: YAG的介質(zhì)4。
[0024]由第一激光器I發(fā)出波長(zhǎng)為A1= 532nm波長(zhǎng)的光束，沿水平方向照射到45°角的平面鏡后進(jìn)入摻雜Nd: YAG的介質(zhì)4，光路調(diào)節(jié)裝置2是鍍膜平面鏡;鍍膜平面鏡45度放置在第一激光器I輸出光路上，鍍膜平面鏡使第一激光器I發(fā)出的波長(zhǎng)A1光束全透過后進(jìn)入Nd: YAG介質(zhì)4的中心光軸，介質(zhì)4對(duì)532nm波長(zhǎng)光束同樣實(shí)現(xiàn)全透過。第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為λ2的光束，第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為λ2的光束與第一激光器I發(fā)出波長(zhǎng)為A1 = SSSnm波長(zhǎng)的光束垂直，第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為λ2的光束經(jīng)45度放置的鍍膜平面鏡后與第一激光器I輸出光束重合，第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為A2 = 808nm波長(zhǎng)，介質(zhì)4對(duì)808nm波長(zhǎng)光束可以實(shí)現(xiàn)全吸收，進(jìn)而使介質(zhì)的溫度升高，介質(zhì)4的內(nèi)部形成熱透鏡，使A1*束的發(fā)散角得以改變。通過對(duì)第二激光器3的光源功率調(diào)節(jié)使介質(zhì)4的溫度發(fā)生改變，從而使光束發(fā)散角得到不同的調(diào)整。在Nd:YAG介質(zhì)兩側(cè)加入散熱機(jī)構(gòu)5使介質(zhì)溫度保持穩(wěn)定狀態(tài)，減小了系統(tǒng)可能存在的實(shí)驗(yàn)誤差。
[0025]實(shí)施例2
[0026]如圖2所示，一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，包括輸出波長(zhǎng)為&的第一激光器I，輸出波長(zhǎng)為λ2的第二激光器3，與水平方向成45°角的鍍膜平面鏡(光路調(diào)節(jié)裝置2)和摻雜Nd: YAG的介質(zhì)4。由第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為λ2 = 808nm波長(zhǎng)的光束，沿水平方向照射到光路調(diào)節(jié)裝置2上，光路調(diào)節(jié)裝置2是鍍膜平面鏡;鍍膜平面鏡45度放置在第二激光器3輸出光路上，鍍膜平面鏡使第二激光器3發(fā)出的波長(zhǎng)λ2光束全透過后進(jìn)入Nd: YAG介質(zhì)4的中心光軸線上，介質(zhì)4對(duì)808nm波長(zhǎng)光束可以實(shí)現(xiàn)全吸收。第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為λ2的光束與第一激光器I發(fā)出波長(zhǎng)為λι = 532ηηι波長(zhǎng)的光束垂直，第一激光器I發(fā)出波長(zhǎng)為λι的光束經(jīng)45度放置的鍍膜平面鏡后與第二激光器3輸出光束重合，第二激光器3發(fā)出波長(zhǎng)為λ2 = 808ηηι波長(zhǎng)，介質(zhì)4對(duì)808nm波長(zhǎng)光束可以實(shí)現(xiàn)全吸收，進(jìn)而使介質(zhì)4的溫度升高，內(nèi)部形成熱透鏡，使λι光束的發(fā)散角得以改變。通過調(diào)節(jié)第二激光器3的光源功率使介質(zhì)4的溫度發(fā)生改變，從而使發(fā)散角得到不同的調(diào)整。在Nd:YAG介質(zhì)兩側(cè)加入散熱機(jī)構(gòu)5使介質(zhì)溫度保持穩(wěn)定狀態(tài)，減小了系統(tǒng)可能存在的實(shí)驗(yàn)誤差。
[0027]實(shí)施例3
[0028]如圖4所示，在第二激光器3與光路調(diào)節(jié)裝置2之間有透鏡組6。透鏡組6對(duì)第二激光器3進(jìn)行光束整形，使第二激光器3輸出的808nm激光光束空間分布得到改善。
[0029]實(shí)施例4
[°03°] 如圖1所不，將第一激光器I的輸出λι光束設(shè)置為1064nm，第二激光器3輸出的光束仍設(shè)置為808nm。此時(shí)，當(dāng)入2光束被介質(zhì)完全吸收后，第一激光器輸出的A1光束有增益提尚O
[0031]實(shí)施例5
[0032]如圖3所示，將第二激光器3放置在Nd:YAG介質(zhì)的另一側(cè)，同時(shí)鍍膜平面鏡也隨之調(diào)整位置，同樣對(duì)808nm波長(zhǎng)光束起全反射作用，對(duì)532nm波長(zhǎng)光束起全透過作用。說明介質(zhì)Nd: YAG溫度的改變與激光光束的入射方向無關(guān)，同時(shí)也可知與第一激光器I和第二激光器3的擺放順序無關(guān)，是介質(zhì)的自身屬性，整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體實(shí)際情況進(jìn)行二次改造。
[0033]當(dāng)?shù)谝患す馄鱅和第二激光器3的輸出波長(zhǎng)有所改變時(shí)，例如=940nm時(shí)，可將介質(zhì)Nd: YAG換為Yb: YAG介質(zhì)，說明摻雜的介質(zhì)不固定，可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。
[0034]本發(fā)明中，介質(zhì)的摻雜濃度與腔長(zhǎng)的關(guān)系式為:nXl=常量，其中η是摻雜濃度，I是腔長(zhǎng)?？梢姄诫s濃度和介質(zhì)腔長(zhǎng)成反比。為便于說明舉例，介質(zhì)選用Nd:YAG介質(zhì)，波長(zhǎng)A1選用532nm，波長(zhǎng)λ〗選用808nm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:至少包括光路調(diào)節(jié)裝置、介質(zhì)、第一激光器和第二激光器，第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λι的光束通過介質(zhì)輸出，第二激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λ2的光束進(jìn)入介質(zhì)，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)&進(jìn)入介質(zhì)，使第一激光器通過的介質(zhì)光軸線上形成一個(gè)熱透鏡，改變第二激光器功率大小，調(diào)節(jié)熱透鏡焦距，使第一激光器受熱透鏡焦距變化，改變輸出發(fā)散角。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:所述的介質(zhì)為柱狀體，第一激光器和第二激光器輸出通過柱狀體的中心光軸;所述的介質(zhì)對(duì)第一激光器發(fā)出的&光束實(shí)現(xiàn)全透射，對(duì)第二激光器發(fā)出的&光束實(shí)現(xiàn)全吸收。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:所述的第一激光器輸出光路與介質(zhì)中心光軸重合，第二激光器輸出光路經(jīng)光路調(diào)節(jié)裝置后與介質(zhì)中心光軸重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:所述的第二激光器輸出光路與介質(zhì)中心光軸重合，第一激光器輸出光路經(jīng)光路調(diào)節(jié)裝置后與介質(zhì)中心光軸重合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:所述的光路調(diào)節(jié)裝置是鍍膜平面鏡。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:所述的介質(zhì)通過熱忱散熱。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:所述的介質(zhì)與透鏡組形成光束發(fā)散角調(diào)節(jié)光路。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為X1 = 1064nm，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ2 = 808nm波長(zhǎng)，介質(zhì)摻雜有Nd: YAG。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為入1是53211111，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ2 = 808nm波長(zhǎng)，介質(zhì)摻雜有Nd: YAG。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是:第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為A1 = 1064nm，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ2 = 940nm波長(zhǎng)，介質(zhì)摻雜Yb: YAG。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于熱效應(yīng)的光束發(fā)散角控制方法，其特征是：至少包括光路調(diào)節(jié)裝置、介質(zhì)、第一激光器和第二激光器，第一激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λ1的光束通過介質(zhì)輸出，第二激光器發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)為λ2的光束進(jìn)入介質(zhì)，第二激光器發(fā)出波長(zhǎng)λ2進(jìn)入介質(zhì)，使第一激光器通過的介質(zhì)光軸線上形成一個(gè)熱透鏡，改變第二激光器功率大小，調(diào)節(jié)熱透鏡焦距，使第一激光器受熱透鏡焦距變化，改變輸出發(fā)散角。本發(fā)明以便在不改變光學(xué)系統(tǒng)的情況下，隨需要而調(diào)節(jié)激光光束的控制系統(tǒng)，使激光光束發(fā)散角得到控制，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變激光發(fā)散角的目的。
【IPC分類】G02F1/29
【公開號(hào)】CN105607378
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610068721
【發(fā)明人】吳夢(mèng)瑤, 王石語, 蔡德芳, 過振, 李兵斌
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日