專利名稱：線狀光束激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光系統(tǒng)，特別是涉及一種用于道路檢測(cè)、軌道測(cè)量用的線狀光束激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地鐵、軌道、公路工程驗(yàn)收以及運(yùn)營(yíng)過程中的動(dòng)態(tài)檢測(cè)對(duì)于交通安全起著非常重要的作用。例如對(duì)于軌道交通而言，在線激光照明條件下，線掃描相機(jī)隨著列車的運(yùn)動(dòng)，在編碼器的控制下連續(xù)掃描車輪及軌道、隧道內(nèi)壁的圖像。然后進(jìn)行圖像處理與分析，獲取車輪及軌道磨損、隧道的病害信息來(lái)檢測(cè)隧道內(nèi)壁上是否有裂縫、滲水、掉塊、拱起、崩塌等病害。作為照明光源的線激光器，則要求該線狀光束具有一定的照度、直線度、出射角度且激光能量分布要相對(duì)均勻。另外也要求能對(duì)聚焦線寬能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，還要求整體功耗小，體積小、重量輕、能抗機(jī)械振動(dòng)等。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的線狀激光光源，目前存在著光束均勻性差、寬度不可調(diào)節(jié)、體積大、抗振性差等缺陷，難以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是采用線陣列激光器做入射光源，相比較光纖耦合輸出光源或者點(diǎn)光源輸出的圓形光斑而言，能得到更好的線狀光束能量分布的均勻性。由于采用了直接耦合，避免了采用光纖耦合所導(dǎo)致的光學(xué)部分體積變大或系統(tǒng)長(zhǎng)度增加的問題。 采用失焦伽利略望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的柱面聚焦系統(tǒng)，一方面可減小光學(xué)系統(tǒng)的體積，另一方面通過適當(dāng)調(diào)節(jié)失焦特性，就能實(shí)現(xiàn)線狀光束線寬的調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)出射角的改變，通過更換對(duì)應(yīng)屋脊夾角的鮑威爾棱鏡即可。線狀光束的寬度壓縮光學(xué)系統(tǒng)與線狀光束的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)，分別采用了 “柱面鏡+柱面鏡”和“柱面鏡+鮑威爾棱鏡”系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)中的柱面鏡的母線方向互相垂直。這樣，線狀光束的線寬調(diào)節(jié)與線狀光束的長(zhǎng)度方向的出射特性(包括能量出射角度和能量分布均勻性)的調(diào)節(jié)功能各自獨(dú)立。對(duì)于系統(tǒng)的組裝、維護(hù)都是非常方便的。本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，經(jīng)發(fā)明人的潛心研究，提供一種線狀光束激光系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的一種線狀光束整形光學(xué)系統(tǒng)，包含一個(gè)激光陣列光源，該激光陣列光源發(fā)射激光波長(zhǎng)為近紅外激光，激光功率為50毫瓦 50W，激光波長(zhǎng)為808nm或980nm ；—套線狀光束寬度方向聚焦系統(tǒng)，該線狀光束寬度方向聚焦系統(tǒng)由兩個(gè)柱面鏡組成，即一個(gè)負(fù)焦距的柱面鏡和正焦距的柱面鏡組成。在寬度壓縮方向上，類似一個(gè)離焦的伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)；一套線狀光束長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展控制系統(tǒng)，該線狀光束長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展控制系統(tǒng)由一個(gè)柱面鏡和一個(gè)鮑威爾棱鏡組成。寬度聚焦光學(xué)系統(tǒng)中的柱面鏡的母線與長(zhǎng)度擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)中的柱面鏡的母線互相正交。近紅外激光二極管陣列所發(fā)射激光，經(jīng)過一個(gè)線狀光束寬度方向聚焦系統(tǒng)，再經(jīng)過一個(gè)線狀光束長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展控制系統(tǒng)，線狀光束寬度的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)類似離焦的伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的離焦量來(lái)實(shí)現(xiàn)。線狀光束長(zhǎng)度方向的出射角，由鮑威爾棱鏡的屋脊夾角來(lái)確定。線狀光束能量均勻性，則通過調(diào)節(jié)線狀光束長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展控制系統(tǒng)中的柱面鏡和鮑威爾棱鏡之間的位置距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，光束在鮑威爾棱鏡出光面上前向發(fā)射，激光呈一笤帚狀分布，在光束前進(jìn)方向，光束寬度逐漸因聚焦而變細(xì)，在光束擴(kuò)展方向，光束以一定的出射角發(fā)射，最終形成一條能量均勻，線寬可調(diào)，有一定照度的線狀激光光束。所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是激光2的激光功率為30W。所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是激光陣列光源1的陣列排布方向與光束聚焦柱面組系統(tǒng)3中的柱面鏡4和柱面鏡5的母線平行。所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是所述激光陣列光源1的陣列排布方向與光束長(zhǎng)度擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)6中的鮑威爾棱鏡8的屋脊垂直。光束長(zhǎng)度擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)6中的柱面鏡7與鮑威爾棱鏡8的屋脊平行。所述的半導(dǎo)體制冷器TECll的冷面和熱面均涂有導(dǎo)熱硅脂或者貼有銦膜。所述光束聚焦柱面組系統(tǒng)3，通過微調(diào)光束聚焦柱面組系統(tǒng)3的離焦度，來(lái)改變線狀光束10的寬度。所述光束擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)6，通過微調(diào)光束擴(kuò)展面組系統(tǒng)6中的柱面鏡7與鮑威爾棱鏡8之間的位置，來(lái)改變?nèi)肷涞锦U威爾棱鏡上的光斑分布，來(lái)調(diào)節(jié)線狀光束10的能量均勻性。所述光束擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)6的出射角度由鮑威爾棱鏡8的屋脊夾角來(lái)決定。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，采用線陣列激光器做入射光源，相比較光纖耦合輸出光源或者圓形光斑輸出的點(diǎn)光源而言，能得到更好的線狀光束能量分布的均勻性。線陣列激光器采用了直接耦合，避免了采用光纖耦合的復(fù)雜性以及光學(xué)部分體積變大或系統(tǒng)長(zhǎng)度增加等問題。利用光束寬度聚焦的柱面鏡系統(tǒng)對(duì)出射線狀光束的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用擴(kuò)展光束長(zhǎng)度的柱面鏡+鮑威爾棱鏡系統(tǒng)，對(duì)出射線狀光束的出射角和能量均勻性進(jìn)行調(diào)整，配合半導(dǎo)體制冷器TEC以及帶熱管的高效風(fēng)冷裝置，線狀光束的線寬調(diào)節(jié)與線狀光束的長(zhǎng)度方向的出射特性(包括能量出射角度和能量分布均勻性)的調(diào)節(jié)功能各自獨(dú)立。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，其組裝、調(diào)試、維護(hù)均非常非常方便。該發(fā)明，能滿足道路探測(cè)、軌道測(cè)量等所需要的線狀光束，其結(jié)構(gòu)緊湊，線狀光束能量分布均勻性，線寬一致，線寬可調(diào)節(jié)。本發(fā)明的線狀光束激光系統(tǒng)，可用于道路探測(cè)、軌道測(cè)量及其他工程測(cè)量中。


圖1 一種線狀光束激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2狀光束寬度聚焦系統(tǒng)與長(zhǎng)度擴(kuò)展系統(tǒng)中柱面鏡母線垂直關(guān)系示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合附圖1、附圖2和實(shí)施例，對(duì)其技術(shù)方案詳細(xì)敘述如下
實(shí)施例1 一種線狀光束激光系統(tǒng)，包含一個(gè)激光陣列光源1，該激光陣列光源發(fā)射波長(zhǎng)為近紅外激光2，激光功率為30W，激光波長(zhǎng)為808nm ；激光2經(jīng)過一套線狀光束寬度方向聚焦系統(tǒng)3，該線狀光束寬度方向聚焦系統(tǒng)3由負(fù)焦距柱面鏡4和正焦距柱面鏡5組成，柱面鏡4 的焦距EFL數(shù)值為-9. 70mm,柱面鏡5的焦距EFL數(shù)值為40mm為在寬度壓縮方向上，柱面鏡 4和柱面鏡5類似一個(gè)離焦的伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)；激光2經(jīng)過光束寬度聚焦系統(tǒng)3后，再進(jìn)入一套線狀光束長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展控制系統(tǒng)6，該線狀光束長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展控制系統(tǒng)由一個(gè)正焦距柱面鏡7和一個(gè)鮑威爾棱鏡8組成，柱面鏡7的焦距EFL數(shù)值為25mm，鮑威爾棱鏡8的屋脊夾角為60°。寬度方向聚焦系統(tǒng)3中的柱面鏡4和柱面鏡5的母線與長(zhǎng)度方向光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)6中的柱面鏡7的母線互相正交。線狀光束寬度的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)類似離焦的伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)3的離焦量來(lái)實(shí)現(xiàn)。線狀光束長(zhǎng)度方向的出射角，由鮑威爾棱鏡8的屋脊夾角來(lái)確定。線狀光束能量均勻性，則通過調(diào)節(jié)柱面鏡7和鮑威爾棱鏡8之間的位置距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，激光2在鮑威爾棱鏡8的出光面上出射，激光束呈一掃帚狀分布光束9，在光束9前進(jìn)方向，光束9寬度逐漸因聚焦而變細(xì)，在光束9擴(kuò)展方向，光束以一定的出射角出射，最終形成一條能量均勻、線寬可調(diào)、有一定照度的線狀激光束10。所述的該激光陣列光源1與一個(gè)半導(dǎo)體制冷器11的冷面接觸進(jìn)行冷卻，半導(dǎo)體制冷器TECll的熱面與一個(gè)帶熱管12的風(fēng)冷散熱器13緊密接觸進(jìn)行傳熱，TEC半導(dǎo)體制冷器11的冷面和熱面均涂有導(dǎo)熱硅脂。實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于本發(fā)明所述的激光陣列光源1發(fā)射激光波長(zhǎng)為980nm，功率為10W。實(shí)施例3 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于本發(fā)明所述的TEC半導(dǎo)體制冷器 11的冷面和熱面均貼有銦膜。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同技術(shù)的范圍之內(nèi)， 則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線狀光束激光系統(tǒng)，包含激光陣列光源(1)，該激光陣列光源(1)輻射的激光 (2)、聚焦系統(tǒng)(3)和擴(kuò)展系統(tǒng)(6)，其特征是，所述的聚焦系統(tǒng)(3)是光束寬度聚焦系統(tǒng)， 聚焦系統(tǒng)C3)包括一個(gè)負(fù)焦距的柱面鏡(4)和一個(gè)正焦距柱面鏡(5)；所述的光束擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)(6)是光束長(zhǎng)度擴(kuò)展系統(tǒng)，光束擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)(6)包括一個(gè)柱面鏡(7)和一個(gè)鮑威爾棱鏡(8)；激光從光束寬度聚焦系統(tǒng)C3)出射后，再入射到光束長(zhǎng)度擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)(6)，激光( 在鮑威爾棱鏡(8)的出光口處，形成一笤帚狀光束(9)，笤帚狀光束(9)在垂直于鮑威爾棱鏡(8)的出光面的方向上，逐漸聚焦，在垂直于鮑威爾棱鏡(8)的屋脊方向上，則成扇形發(fā)射分布光束，最后形成一能量均勻的線狀光束(10)；所述的激光系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置有半導(dǎo)體制冷器TEC(Il)和風(fēng)冷散熱器(13)，TEC(Il)的冷面與激光陣列光源(1)緊密接觸， TEC(Il)的熱面與一個(gè)帶熱管(1 的風(fēng)冷散熱器(1 緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是所述的激光光源(1)所輻射激光O)的激光功率為50毫瓦 50W，激光(2)波長(zhǎng)為808nm或者是980nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是激光O)的激光功率為30ffo
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是激光陣列光源(1)的陣列排布方向與光束聚焦柱面組系統(tǒng)(3)中的柱面鏡(4)和柱面鏡(5)的母線平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是所述激光陣列光源(1)的陣列排布方向與光束長(zhǎng)度擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)(6)中的鮑威爾棱鏡( 的屋脊垂直。光束長(zhǎng)度擴(kuò)展鏡組系統(tǒng)(6)中的柱面鏡(7)與鮑威爾棱鏡(8)的屋脊平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線狀光束激光系統(tǒng)，其特征是所述的半導(dǎo)體制冷器 TEC(Il)的冷面和熱面均涂有導(dǎo)熱硅脂或者貼有銦膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線狀光束激光系統(tǒng)，它包括激光陣列光源、對(duì)光束寬度進(jìn)行聚焦的柱面鏡組、對(duì)光束長(zhǎng)度進(jìn)行擴(kuò)展的柱面鏡+鮑威爾棱鏡組。由激光陣列光源發(fā)射的激光，經(jīng)過對(duì)光束寬度進(jìn)行聚焦的柱面鏡組，再經(jīng)過柱面鏡+鮑威爾棱鏡組，在空間上形成一個(gè)笤帚狀光束，該笤帚型光束在前進(jìn)方向上逐漸聚焦，在擴(kuò)展方向上則呈扇形發(fā)射，在前進(jìn)方向上的聚焦點(diǎn)處，形成一能量均勻分布的線狀激光束。本發(fā)明構(gòu)思新穎，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、易于組裝和維修，線狀光束能量分布均勻、線寬可調(diào)，使用方便，易于形成工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于道路檢測(cè)、軌道交通測(cè)量、建筑測(cè)繪所需要的線狀光束光源。
文檔編號(hào)H01S3/04GK102338934SQ201110262368
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者夏文建 申請(qǐng)人:湖北星業(yè)光電科技有限公司