专利名称：一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于产生激光射线的装置，尤其涉及一种用于产生具有均勻 角度分布激光射线的装置。
背景技术：
欧洲专利EP1489439A1公开了一种装置，该装置含两个均勻化级，每个级都有一 个在入射面上带柱面透镜阵列以及在出射面上带有与前者正交的柱面透镜阵列，通过这种 两级式的结构，既可以使激光束的空间分布均勻化，也可以使它的角度分布均勻化。在这样 的装置中有以下缺点，即当透镜阵列的焦距被预先确定后，该装置就给定了一个固定的角 度分布。这个角度分布通过透镜的傅立叶变换在工作面上只能得到了一个预定大小的均勻 辐照区域。要想改变辐照区域的大小就得使用昂贵的变焦透镜。中国专利CN101165540A公开了一种用于产生激光均勻角度分布的装置，该装置 含三个均勻化级，通过改变第一和第二，或第二和第三均勻化级间的距离，使得角度大小发 生变化，从而获得工作面上的照射区域大小发生变化。这样装置的不足之处在于，在改变均 勻化级间的纵向距离并保持其相对的横向位置时，要求很高的调整精度，需要精密设施，因 为均勻化级一般都是微透镜阵列。中国专利CN1617011A公开了一种用于半导体激光器光源的微型变焦结构，用自 聚焦透镜的位置变化来改变激光束的发散角度。该装置不能均勻激光束的角度分布，只是 缩放原有激光束的角度分布。
实用新型内容本实用新型针对现有用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置存在的上述不 足，提供一种用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，该装置只需移动光弥散元件的 位置，即可产生具有均勻角度分布的激光射线且角度大小连续可变。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种用于产生具有均勻角度分布 激光射线的装置包括激光束源、准直透镜和光弥散元件；所述激光束源位于准直透镜的前 焦点处，其焦距为F ；所述光弥散元件位于激光束源和准直透镜之间；当所述光弥散元件和 准直透镜之间的距离为M时，所述光弥散元件的弥散角度为U，激光束源产生的光束通过光 弥散元件形成子光束，子光束通过准直透镜后发散角度为U’，其中，tanU’ = (l+M/F)tanU。所述激光束源经准直透镜后变成平行光束，所述激光束的任一细光束通过光弥散 元件后形成角辐照均勻分布的子光束，其发散角度称为弥散角U ；所述子光束通过准直透 镜后，子光束的发散角变为U’，并满足如下物象关系tanU’ = (1+M/F) tanU。改变光弥散元 件到准直透镜的距离M，即可实现输出子光束发散角U，的连续可变，大量子光束经准直透 镜L合束，便实现均勻分布的角辐照。本实用新型的有益效果是本实用新型用于产生具有均勻角度分布激光射线的装 置为了实现激光束发散角连续可变且角辐照分布均勻，只需移动光弥散元件的位置，即可产生具有均勻角度分布的激光射线，该装置结构紧凑，且操作简单，不需精密元件，造价低。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，还包括聚焦透镜，所述准直透镜位于光弥散元件和聚焦透镜之间，子光束 在聚焦透镜的焦平面上形成均勻分布的辐照光斑，其光斑半径为f*tanU’，其中f为聚焦透 镜的焦距。大量子光束经准直透镜合束后，实现均勻分布的角辐照，再经聚焦透镜，在其后 焦平面上形成均勻分布的辐照光斑，其光斑半径为f*tanU’，其中f为聚焦透镜的焦距。改 变光弥散元件到准直透镜的距离M,即可实现输出子光束发散角U，的连续可变和聚焦透镜 后焦平面上均勻光斑大小连续可变且辐照均勻分布。根据上述几何光学物象关系tanU’ = (l+M/F)tanU以及各参数正负号的规定，不 难看出，当光弥散元件靠近准直透镜时，如M = 0，则U’ = U，准直透镜的作用相当于光弥散 元件的场镜，只改变子光束的主光线方向，并不改变出射子光束的发散角。当光弥散元件位 于准直透镜的前焦点处，即M = -F，则U，= 0，准直透镜将从光弥散元件出射的子光束也准 直了，即插入在前焦点上的光弥散元件对出射子光束不引入发散角。当准直透镜为正透镜 时，即F > 0，M < 0，则U’ < U，说明当光弥散元件远离准直透镜时，出射子光束的发散角变 小。当准直透镜为负透镜时，即F < 0，M < 0，则U，> U，说明当光弥散元件远离准直透镜 时，出射子光束的发散角变大。进一步，所述激光束源为发散光束源或者汇聚光束源，即所述激光光源包括点源， 如半导体激光和光纤输出的激光；也包括用透镜汇聚或发散的激光束。特别是对高能激光 束，可以用发散的虚拟激光束源来避免在装置中形成高能密度的实焦点。进一步，所述发散束光源为半导体激光或者经负透镜所成的虚拟源或者经正透镜 所成的实际源。进一步，所述准直透镜为正透镜或者负透镜。进一步，所述正透镜为单透镜或者双胶合透镜或者至少两个透镜的组合。进一步，所述负透镜为单透镜或者双胶合透镜或者至少两个透镜的组合。进一步，所述光弥散元件为微透镜列阵或者微柱面透镜列阵或者衍射元件或者全 息元件。所述光弥散元件的弥散角度包括轴对称、一维或者椭圆形。进一步，所述聚焦透镜为单透镜或者双胶合透镜或者至少两个透镜的组合。所述 准直透镜也可以和聚焦透镜合成为一个等效透镜，该等效透镜为单透镜或者双胶合透镜或 者多个透镜的组合。
图1为本实用新型用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置的结构示意图一；图2为本实用新型用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置的结构示意图二 ；图3为本实用新型用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置的结构示意图三；图4为本实用新型用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置的结构示意图四。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。[0024]实施例1 如图1所示，在发散激光束源10前放置准直透镜11，准直透镜11为正透镜且位置 应当是，其前焦点与发散激光束源10重合，发散激光束经准直透镜11后变成平行或准直光 束。在准直透镜11前，距离准直透镜11为M处，插入光弥散元件12。光弥散元件12的弥 散角度为U。任意来自激光束源10的细光束经光弥散元件12后产生均勻角辐照分布的子 光束，其发散角度为U，即光弥散元件的弥散角度U。子光束经过准直透镜11压缩后，发散 角度变为U’。所有子光束在准直透镜11后方合束形成角辐照均勻分布，发散角为U，的激 光束。改变光弥散元件12到准直透镜11的距离M,实现了发散角度U，连续可变。实施例2 如图2所示，在汇聚激光束源20前放置准直透镜21，准直透镜21为负透镜且位置 应当是，其前焦点与发散激光束源20重合，汇聚激光束经准直透镜21后变成平行或准直光 束。在准直透镜21前，距离准直透镜21为M处，插入光弥散元件22。光弥散元件22的弥 散角度为U。任意指向激光束源20的细光束经光弥散元件22后产生均勻角辐照分布的子 光束，其发散角度为U，即光弥散元件的弥散角度U。子光束经过准直透镜21放大后，发散 角度变为U’。所有子光束在准直透镜21后方合束形成角辐照均勻分布，发散角为U’的激 光束。改变光弥散元件22到准直透镜21的距离，实现了发散角度U，连续可变。实施例3 如图3所示，发散激光束源为半导体激光30，在半导体激光30前放置一个快轴压 缩微柱透镜31，微柱透镜31的位置应当是将半导体激光30的快轴方向发散角压缩至与其 慢轴方向发散角接近。准直透镜32的前焦点与半导体激光30的发射面在同一平面上，来 自半导体激光30的发散激光束经准直透镜32后变成平行或准直光束。在准直透镜32前， 且距离准直透镜32为M处，插入光弥散元件33，光弥散元件33的弥散角度为U。任意来自 半导体激光30的细光束经光弥散元件33后产生均勻角辐照分布的子光束，其发散角度为 U，即光弥散元件的弥散角度U。子光束经过准直透镜32压缩后，发散角度变为U’。所有子 光束在准直透镜32后方合束形成角辐照均勻分布，发散角为U’的激光束。改变光弥散元 件33到准直透镜32的距离，实现了发散角度U，连续可变。例如用半导体激光作照明光源，半导体激光30的慢轴方向发散角一般为10°，快 轴方向发散角为60° ；微柱透镜31将其快轴方向发散角压缩到10°左右。选择光弥散元件 33的弥散角度为25°，改变光弥散元件33到准直透镜32的距离，就能实现0.5°到20° 的大角度范围连续可变，同时实现角度分布均勻的激光照明。实施例4:如图4所示，激光束40经负透镜41发散，形成虚拟发散激光束源42，准直透镜43 的前焦点与该虚拟发散激光束源42重合，使得来自虚拟发散激光束源42的发散激光束44 经准直透镜43后变成平行或准直光束。在准直透镜43前，且距离准直透镜43为M处，插 入光弥散元件45，该光弥散元件45的弥散角度为U。任意来自虚拟激光束源42的细光束 经光弥散元件45后产生均勻角辐照分布的子光束，其发散角度为U。子光束经过准直透镜 43压缩后，发散角度变为U，。所有子光束在准直透镜43后方合束形成角辐照均勻分布，发 散角为U’的激光束。在准直透镜43后放置聚焦透镜，所有子光束在聚焦透镜的后焦平面上形成均勻分布的辐照光斑，其光斑半径为f*tanU’，其中f为聚焦透镜的焦距。改变光弥散元件45到 准直透镜43的距离，实现了发散角度U’连续可变，进一步实现聚焦光斑大小的连续可变且 辐照均勻分布。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置，其特征在于，包括激光束源、准直透镜和光弥散元件；所述激光束源位于准直透镜的前焦点处，其焦距为F；所述光弥散元件位于激光束源和准直透镜之间；当所述光弥散元件和准直透镜之间的距离为M时，所述光弥散元件的弥散角度为U，激光束源产生的光束通过光弥散元件形成子光束，子光束通过准直透镜后发散角度为U’，其中，tanU’＝(1+M/F)tanU。
2.根据权利要求1所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在于， 还包括聚焦透镜，所述准直透镜位于光弥散元件和聚焦透镜之间，子光束在聚焦透镜的焦 平面上形成均勻分布的辐照光斑，其光斑半径为f*tanU’，其中f为聚焦透镜的焦距。
3.根据权利要求1或2所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在 于，所述激光束源为发散光束源或者汇聚光束源。
4.根据权利要求3所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在于， 所述发散束光源为半导体激光或者经负透镜所成的虚拟源或者经正透镜所成的实际源。
5.根据权利要求1或2所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在 于，所述准直透镜为正透镜或者负透镜。
6.根据权利要求5所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在于， 所述正透镜为单透镜或者双胶合透镜或者至少两个透镜的组合。
7.根据权利要求5所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在于， 所述负透镜为单透镜或者双胶合透镜或者至少两个透镜的组合。
8.根据权利要求1或2所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在 于，所述光弥散元件为微透镜列阵或者微柱面透镜列阵或者衍射元件或者全息元件。
9.根据权利要求2所述的用于产生具有均勻角度分布激光射线的装置，其特征在于， 所述聚焦透镜为单透镜或者双胶合透镜或者至少两个透镜的组合。
专利摘要本实用新型涉及一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置。所述装置包括激光束源、准直透镜和光弥散元件；所述激光束源位于准直透镜的前焦点处，其焦距为F；所述光弥散元件位于激光束源和准直透镜之间；当所述光弥散元件和准直透镜之间的距离为M时，所述光弥散元件的弥散角度为U，激光束源产生的光束通过光弥散元件形成子光束，子光束通过准直透镜后发散角度为U’，其中，tanU’＝(1+M/F)tanU。本实用新型用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置为了实现激光束发散角连续可变且角辐照分布均匀，只需移动光弥散元件的位置，即可产生具有均匀角度分布的激光射线，该装置结构紧凑，且操作简单，不需精密元件，造价低。
文档编号G02B3/00GK201673310SQ20102017832
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者鄢雨 申请人:鄢雨