基于微透镜阵列的激光扩束匀光器的制造方法
【专利摘要】基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，属于激光扩束领域。所述激光扩束匀光器依次由位于同一直线上的第一级微透镜阵列、可变光阑和第二级微透镜阵列构成，三者的屏边平行，组成共轴系统。其中，第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列的微透镜元参数相同，微透镜元直径为p，微透镜阵列的后焦距为f；第一级微透镜阵列的直径为D1，可变光阑的最大直径为D2，第二级微透镜阵列的直径为D3，两级微透镜阵列之间的距离为d，可变光阑距第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列的距离分别为f和d-f。本发明通过应用微透镜阵列取代单透镜设计扩束系统，改善扩束光学系统像差质量，简化系统结构，提高扩束比，降低了系统装调的精度要求。
【专利说明】基于微透镜阵列的激光扩束匀光器
【技术领域】
[0001]本发明属于激光扩束领域，涉及一种基于微透镜阵列光学元件的光学系统，可用于激光扩束和激光投影。
【背景技术】
[0002]传统的激光扩束器件是以两个单透镜(聚焦镜)组成，前一个透镜将激光光束聚焦在其像方焦点上(也是后一透镜的物方焦点)，后一透镜把焦面上的光以平行光透射出去，扩束比与前后两个透镜的焦距比有关。这种反望远镜式的扩束系统，要取得大的扩束t匕，必须采用较大口径的透镜，而大口径的透镜，无论是加工还是装调，都很困难甚至不可能；而且系统质量和体积很大，需要较高的装调精度:更为严重的是，由于透射系统对高能激光有严重的鬼像效应，这使得反望远镜式的扩束系统不能用于大功率高能激光的扩束。
[0003]目前，这种反望远镜式的扩束系统主要有两种形式:伽利略望远镜式扩束镜和开普勒望远镜式扩束镜，除上述的共有缺点和不足外，还有着各自的缺点和不足。
[0004]伽利略望远镜式扩束镜包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，一般的尽可能的被设计为小的球面像差，低的波前变形和消色差。它的局限性在于不能容纳空间滤波或者进行大倍率的扩束。
[0005]开普勒望远镜式扩束镜由两块凸透镜组成，其主要缺点是有较大的像差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于微透镜阵列光学元件的激光扩束系统，其可应用于激光扩束和激光投影，通过应用微透镜阵列取代单透镜设计扩束系统，改善扩束光学系统像差质量，简化系统结构，提高扩束比，降低了系统装调的精度要求。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008] 一种基于微透镜阵列光学元件的激光扩束系统，依次由位于同一直线上的第一级微透镜阵列、可变光阑和第二级微透镜阵列构成，三者的屏边平行，组成共轴系统。其中，第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列的微透镜元参数相同，微透镜元直径为P，微透镜阵列的后焦距为f ;第一级微透镜阵列的直径为D1，可变光阑的最大直径为D2，第二级微透镜阵列的直径为D3，第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列之间的距离为d，可变光阑距第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列的距离分别为f和d-f。
[0009]考虑到一般的激光器的出射光束的直径一般在5_左右，本发明中第一级微透镜阵列的直径D1 = 10mm，第二级微透镜阵列的直径D3 = 60mm，第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列之间的距离d = 35mm，采用Thorlabs公司的MLA150-7AR微透镜阵列的后焦距为f = 6.7mm, p = 150 μ m,可变光阑的最大直径 D2 = 12.5mm, p、f、D1^ D2 > D3、d 满足下式:
【权利要求】
1.一种基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，其特征在于所述激光扩束匀光器依次由位于同一直线上的第一级微透镜阵列、可变光阑和第二级微透镜阵列构成，三者的屏边平行，组成共轴系统；其中，可变光阑距第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列的距离分别为f和d-f，f为微透镜阵列的后焦距，d为第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列之间的距离。
2.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，其特征在于所述第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列的微透镜元参数相同。
3.根据权利要求2所述的基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，其特征在于所述微透镜元直径P = 150 μ m,微透镜阵列的后焦距f = 6.7mm。
4.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，其特征在于所述第一级微透镜阵列、可变光阑和第二级微透镜阵列满足以下条件:
5.根据权利要求1、2或4所述的基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，其特征在于所述第一级微透镜阵列的直径D1 = 10mm，第二级微透镜阵列的直径D3 = 60mm，第一级微透镜阵列和第二级微透镜阵列之间的距离d = 35mm。
6.根据权利要求1或4所述的基于微透镜阵列的激光扩束匀光器，其特征在于所述可变光阑的最大直径D2 = 12.5mm。
【文档编号】G02B27/09GK103969832SQ201410225708
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】王玉雷, 王玉涛, 汪东生, 朱成伟, 李韬, 党凡阳, 郝成龙, 周辉, 岳猛, 陈占良, 万子南, 范志刚 申请人:哈尔滨工业大学