激光扩束望远镜设计

一种激光连续变倍准直扩束系统的设计黄耀林;王敏;寇远凤【摘要】介绍了国内外激光扩束系统的研究现状,阐述了低倍率扩束系统设计原理,选用没有内部焦点的倒置伽利略式望远镜系统结构设计了一个无焦变倍的激光扩束准直系统.在Zemax软件中实现变倍扩束系统初始结构的设计,基于Zemax的REAY优化函数对光学系统中透镜的曲率半径和间距进行优化,实现5～25倍的连续变倍激光扩束.不同倍率下的波像差最大均方根值均小于λ/40,设计结果满足像质要求.经工艺分析,该设计符合加工的工艺要求,系统结构简单,具有实际应用价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P38-43)【关键词】无焦变倍;激光扩束;Zemax;优化设计;波像差【作者】黄耀林;王敏;寇远凤【作者单位】福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TN249引言由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点[1],激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用。

在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束,尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作,因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。

目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类[2-4]。

第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。

由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束,而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度。

所以此类系统适合大倍率扩束的应用。

毕业设计开题报告
学生姓名：学号：
学院、系：
专业：光电信息工程
设计题目：基于ZEMAX的激光扩束系统设计指导教师:
年月日
开题报告填写要求
1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；
2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；
3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；
4．学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；
5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；
6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。

图1.1 Φ300 HTM激光扩束器
毕业设计开题报告
图2.1 卡塞格林系统
图2.2 格里高利系统
从对上述两种系统的分析可以看出,轴对称的结构形式使它们都存在中心遮拦现象
(b) 离轴的格里高利扩束系统图3.3 离轴反射式扩束系统
毕业设计开题报告。

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・ 国家自然科学基金委员会与国家民
联合资助项 目 （ ６ １ ０ ７ ９ ０ ２ ３ ） ；中国民航飞行学院科研基金资助项 目 （ Ｊ ２ ０ １ １ － ３ ２ ）
Ｙｕ Ｘｉ ｎ ｐ ｅ ｎ ｇ Ｄａ ｎ Ｙｏ ｕ ｑ ｕ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｔ ｉ ａ ｎ ｆ ｕ Ｘｕ Ｌ ｕ ｏ ｐ ｅ ｎ ｇ
（ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ａ ｖ ｉ ｔｉ ａ ｏ ｎ Ｆ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｎ ６ １ ８ ３ ０ ７ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
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维普资讯
文章编号ｔ １７－７５２０）８ ０００ ６２８８ （ ７０－ ２－３ ０ ０
激 光 扩 束 望 远 镜 的 光 学 设 计
樊丽娜 １ ，朱 爱敏 １ 琳 ２ ，刘 ，吴泉 英
（． 州科 技 学 院基 础 实验 教 学 中 心 ，苏 州 ２５０ １苏 １０９； ２ 苏 州大 学 物 理 科学 与 技术 学 院 ，苏州 ２５０） ． １０６
２ Ｓｈ ｏ ｏ Ｐ ｙｉ ｌ ｃ ｎｅ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｕｈ ｕＵ ｉ ｒ ｔ Ｓ ｚｏ １０６ Ｃ ｉａ ． ｃｏｌ ｆ ｈ ｓ ａ Ｓｉ ｃ ｄＴｃｎ ｌ Ｓ ｚｏ ｎｖ ｓｙ ｕｈ ｕ ２５０， ｈ ） ｃ ｅ ａ ｏ ｙ ｅ ｉ， ｎ
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激光扩束望远镜的光学设计
樊丽娜;朱爱敏;刘琳;吴泉英
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2007(28)8
【摘要】介绍激光扩束原理,阐述望远镜系统扩展高斯光束的规律.通过分析不同激光扩束望远镜系统的特性,选用卡塞格林系统来实现强脉冲激光发射系统的设计要求,设计结果不仅满足准直性要求,并且在目标距离处的光斑大小具有一定的可调节性.
【总页数】3页(P20-22)
【作者】樊丽娜;朱爱敏;刘琳;吴泉英
【作者单位】苏州科技学院基础实验教学中心,苏州,215009;苏州科技学院基础实验教学中心,苏州,215009;苏州大学物理科学与技术学院,苏州,215006;苏州科技学院基础实验教学中心,苏州,215009
【正文语种】中文
【中图分类】TN249
【相关文献】
1.激光扩束望远镜的失调与扩束比 [J], 程洁;吕百达
2.高倍率激光扩束望远镜的光学设计 [J], 赵鑫
3.基于激光目标指示的红外扩束光学系统设计 [J], 李玉瑶;徐子奇
4.大视场反射式激光扩束系统光学设计 [J], 衣同胜;吴从均;颜昌翔;于平
5.变焦系统的光学设计
——以"可变倍激光扩束系统的设计和优化"为例 [J], 杨欢
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ω2 ω0'
θ' 1 2
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)
2
2 πω 2 ] λf 2 2 λf2 (1+( ) ) πω0' 2
（6 ）
所以 ω0 "= λf 2 f f = 2 ω= 2 ω0 πω0' f1 f1
增大出射光束的腰粗， 就可以缩小光束的发散角； 同时增
Equipment Manufactring Technology No.3， 2009
激光准直扩束设计和仿真
李建新
（武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系， 湖北 武汉 430205 ）
摘要： 从哈特曼法自动测量像差所需解决的准直 （平行） 光束出发， 基于高斯光学理论， 从工程角度分析了大倍率准直扩束系统的原 理， 实现了改变激光光束直径和发散角的准直扩束系统的设计， 并通过仿真得到了验证， 满足了光学系统的哈特曼像差测量要求。 关键词： 光学测量； 激光器； 准直扩束 中图分类号： TP 274 +.5 文献标识码： A 文章编号： 1672- 545X （2009） 03- 0028- 04
图 5 短焦距 f1 改变时仿真
tmp1=bl.*s/(pi*W0*W0); W=W0.*sqrt(1+tmp1.*tmp1); 由公式 （4 ） 入射光束在镜面 处的截面计算 W01=(bl*f1/pi)./W; W011=(f2/f1).*W; ksb=W011/W0; Q11=(bl/pi)./W011; subplot(4,1,1),plot(s,W01); xlabel(' 物距 s'),ylabel(' ω0’ '); subplot(4,1,2),plot(s,W011); xlabel(' 物距 s'),ylabel(' ω0” '); subplot(4,1,3),plot(s,ksb); xlabel(' 物距 s'),ylabel(' 压缩或扩束比 '); 由公式 （7 ） 的计算 ω0 ' 计算 ω0 " 扩束倍率或准直光束压缩比

大视场反射式激光扩束系统光学设计衣同胜;吴从均;颜昌翔;于平【摘要】激光扫描捕获系统通过对激光光源进行扩束变换,压缩光源的发散角度,可减少在远距离传输中的能量损失.为满足某通信实验需要,设计一种放大倍率为10倍,光源扫描视场为48°×40°的小型扩束系统.系统要求在1 550 nm、1 064 nm、800 nm和632.8 nm激光波段,全视场范围内波像差RMS不大于0.1λ(λ=632.8 nm),且无中心遮拦.通过计算初始结构参数,利用Zemax软件优化,采用4片反射式非球面进行设计,全系统体积约为90×100× 60 mm3,波像差最大为0.095λ,满足系统尺寸和像质要求,整个系统光能透过率约为92％,满足透过率大于85％的设计要求.%Laser beam expander is used to compress the laser divergence angle, in order to reduce the energy losing in long distance scanning acquisition system. To meet the requirements of the laser communication experiment, a laser beam expander system was designed. The system has 10 times magnification and 48°× 40° working field, which is used in 1 550 nm, 1 064 nm, 800 nm and 632. 8 nm laser wavebands (632. 8 nm waveband is mainly used for system test). After the calculation of primary structrue parameters and the optimization by Zemax, four conic mirrors were used to compose the system. Considering the tolerence, the system's maxium wavef rent aberration(WFE) is 0. 095λ(λ = 632. 8 nm) that satisfies the requirement of the RMS of WFE <0. 1λ. It has a total size of 90 × 100 × 60 mm3 and transmission of about 92%,which also meets the 85% transmission demand.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)006【总页数】6页(P1156-1160,1184)【关键词】望远结构;激光通信;大视场;激光扩束;光学设计【作者】衣同胜;吴从均;颜昌翔;于平【作者单位】辽宁省葫芦岛市32941部队91分队,辽宁,葫芦岛125000;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,吉林,长春130033;中国科学院研究生院北京100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,吉林,长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,吉林,长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN24;TH703引言激光光源具有单色性高、方向性好、相干性强、高能量等诸多优点，在激光通信、激光测速、激光测距、激光加工、激光准直、激光定位、激光雷达等领域内得到广泛应用［1］。

新加坡新特光电技术有限公司
BEST-10.6-4ZTLM
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M22x0.75
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φ33
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(3) 高功率二氧化碳激光扩束镜
A: CBE 系列高功率二氧化碳扩束镜
BEST-10.6-5ZL BEST-10.6-5ZLM
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新加坡新特光电技术有限公司
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（2）可调型扩束镜
可调型扩束镜专为具有较大的发散角度的激光扩束所设计。通过调整扩束镜片间距离，在一定范围内可 以消除发散角度的影响从而获得经扩束的准直性良好的激光束。当入射激光具有较大发散角时，逐渐加 大镜片之间的距离，在一定的位置即可获得准直激光束。
距离测量效果；通过扩束镜能改变光束直径以便用于不同的光学仪器设备；扩束镜配合空间滤光片使用
则可以使非对称光束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。
最通用的扩束镜起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入负透镜和一个输出正透镜。输入镜将一个
虚焦点光束传送给输出镜，两个透镜是虚共焦结构。一般小于 20 倍的扩束镜都用该原理制造，因为它简
固定型直筒扩束镜：有圆柱连接和螺纹连接两种用的是进口硒化锌材料
型号
BEST-10.6-2Z BEST-10.6-2ZM BEST-10.6-2.5Z BEST-10.6-2.5ZM BEST-10.6-3Z BEST-10.6-3ZM BEST-10.6-4Z BEST-10.6-4ZM BEST-10.6-5Z BEST-10.6-5ZM

扩束镜的原理及应用1. 扩束镜的定义扩束镜，也称作密接镜，是一种透明的光学镜片，具有凸透镜的形状。

通过它特殊的光学设计，可以将平行光线汇聚到一个焦点上，从而实现光线的聚焦，同时也可将散射的光线聚集起来。

2. 扩束镜的原理扩束镜的原理基于凸透镜折射光线的特性。

凸透镜具有一个中心光轴和两个曲率半径，光线进入凸透镜时，会因折射而改变光线的传播路径。

•当光线从空气射向较密度较高的材料（如玻璃）时，会向凸透镜的中心轴弯曲。

这种折射效应使得光线在通过凸透镜时产生了一个聚焦点，也称作焦点。

•扩束镜的设计使得其曲率半径在中央较小，在边缘较大。

这种设计使得边缘上的光线更弯曲，从而使得凸透镜可以将散射的光线集中到一个焦点上。

•扩束镜的形状和材料的折射率会影响光线的聚焦效果。

凸透镜的曲率半径越小，聚焦能力越强。

折射率越大，凸透镜的聚焦效果也越好。

3. 扩束镜的应用扩束镜在许多领域中有着重要的应用。

下面列举了几个常见的应用领域：3.1 天文学在天文学中，扩束镜被用作望远镜的主要组件之一。

望远镜使用扩束镜来聚焦远距离天体发出的光线，使其能够被观测者清晰地观察到。

扩束镜的设计可以使望远镜具有较高的分辨率和放大倍率，以便研究更遥远的天体。

3.2 激光技术扩束镜也被广泛运用在激光技术中。

激光发射的光线经常需要进行聚焦，以便实现更精确的切割、打印或测量。

扩束镜可用于将激光束聚焦到一个小的点上，从而实现精确的操作。

3.3 照明系统在照明系统中，扩束镜可用于调整光线的发散和聚焦性能。

通过控制光线的聚束效果，照明系统可以提供不同的亮度和照射范围，适应不同场合的需求。

3.4 光学传感器扩束镜在光学传感器中也有广泛应用。

传感器需要捕捉来自特定物体或区域的光信号，扩束镜能够增加传感器接收到的光线强度，并集中到传感器上，提高传感器的灵敏度和精确度。

4. 总结扩束镜以其独特的光学设计，能够将平行光线汇聚到一个焦点上，实现光线的聚焦和集中。

它在天文学、激光技术、照明系统和光学传感器等领域中有着广泛的应用。

激光扩束器光源发出的激光一般是一束准直的细圆柱光束，直径为1～2mm，而实际要求激光束有一定的宽度.下面讨论两种常用扩束方法.1) 棱镜扩束法由于棱镜材料的折射，使出射光方向与入射光方向不同，其入射角与棱镜顶角的变化可以引起光束宽度的改变.棱镜扩束示意图如图1a .每个棱镜的扩束比为D/d=M=cos［arcsin（sinφ/μp）］/cosφ′式中D为出射光的宽度；d为入射光的宽度；M为扩束比；φ为入射角；φ′为折射角；μp 是棱镜的折射率.玻璃棱镜的μp=1.54.根据现有的数据，d=2mm，D=47mm,则总的扩束比为Mn=D/d=23.5图1 棱镜扩束系统若想用3个棱镜完成扩束比，则每个棱镜的扩束比应为M=M1/3n=2.8由M=cos［arcsin(sinφ/μp)］/cosφ′=2.8 ，可近似算得φ=81°.由折射定律μp=sinφ/sinφ′,可得φ′=53°.在选择棱镜的顶角时，应使得出射光束尽可能垂直于出射面，以使这个出射面反射最小.由几何学可知，应取棱镜顶角ψ＝φ′＝53°.实际的棱镜扩束光路如图1b.和下面的透镜扩束相比，具有体积小，无象差等优点，并同时使入射光方向转了近90°，用在系统光路中即扩展了光束，也使光线方向发生改变，起到了扩束镜和反射镜的双重作用.总尺寸为10cm×10cm.2) 透镜扩束法设透镜的焦距为F，物距和象距分别为S01和S02，它们之间的关系为当S01=F时，S02=∞,说明透镜焦点上的一个点光源经过透镜后为一平行光；当S02=F时，S01=∞,表明当入射光为一平行光时，经过透镜后，聚焦在透镜的焦点上，如图2所示.图2 透镜聚光原理利用这一特点，采用两个焦距不同的透镜，可以构成如图3所示的扩束和准直系统.F1、F2分别为两个透镜的焦距，由几何光学原理很容易得出束宽放大比率为M=F2/F1设激光束直径为d，光束宽度为D，那么M=D/d=F2/F1图3 扩束系统和棱镜相比，透镜存在相差的影响，其中最主要的是球差.球差是由于非傍轴光线通过透镜时屈折得过分利害引起的，从而引起聚焦不好，如图4a.但是如果把一块透镜想象成两块棱镜在底部连接而成，那么明显的是：当入射光线同镜面和出射光线同镜面大致成同样大小的角度时，入射光线的偏转将最小，在图4b中，只要把透镜翻转过来，就使球差显著减小，当入射光是平行光时，对一个简单的凸透镜来说，若其后表面几乎为平面但不完全是平面时，将会有最小的球差.由于光路是可逆的，用两个透镜进行扩束时，应使两个透镜较平的一面相对，来减小相差.图4 一个平凸透镜的球差。

置。
２３ 直 线移 动 台的设 计 ． 直 线 移 动 台选 择 北 京 钧 义 志 诚 科 技 有 限公 司 生 产 的 ５ｍｍ行 程 的直线 移动 台 ， 电机 、 轴 器 、 ０ 由 联 活 动板 、 丝杠 、 轨 组成 ， 滑 丝杠 与 活动 板 通过 螺 纹连 接， 活动 板 安 放 在 滑 轨 上 ， 电机通 过 联 轴 器 与 丝 杠 相连 。 电机通 电时 ， 丝杠 旋 转 带动 活 动板 沿 滑轨 直
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中２ １志 ・ １ ＝足 ・２
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激光扩束镜 的换位机构 就是完 成活动激 光扩 束 镜 离 开 激 光 发 射 光 路 和 进 入 激 光 发 射 光 路 的机
构 ， 足 重 复定 位 误 差 不 大 于 ５ 的要 求 。设计 中 满 ” 采 用将 活动 扩束 镜 同定在 直 线 移动 台 的活 动板 上 ， 由 电机 带 动 直线 移 动 台 的联 轴器 旋转 ， 而使 移动 从 台的丝 杠 旋 转 ， 时移 动 台 的活 动板 带 着 活动 扩束 这
中 图分 类 号 ：ＴＰ ０ ２３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ － ８ ０ （０ ２ ２ ０ １ － ３ ６ ２ ９ ７ ２ １ ）０ － ０ ６ ０
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变焦系统的光学设计
***以& 可变倍激光扩束系统的设计和优化' 为例
杨4欢
延安大学物理与电子信息学院"陕西延安")!(%%%
摘4要"本文的可变倍扩束镜的变焦部分采用三组元的机械补偿式结构!通过参数计算,变焦方程求解以及焦距公式求解相 关参数!利用 PebEY仿真优化!其扩束比为 )27A87A" 在定焦扩束比为 3A的基础上!得到一个入射光口径为 $55!扩束比为 $%A 8)% A的可变倍扩束镜"

一、激光扩束镜设计一、设计要求：设计一个激光扩束镜，扩束倍数为三倍，入射孔径为3mm，斜入射角1°，同时要求几何尺寸合适。

二、设计思路：１．确定第一面透镜由于激光能量较高，所以光线追迹时，尽量使光束不在镜筒中汇聚，如果采用两面透镜来完成设计，就要保证第一面透镜为凹凸镜，先将光线发散，第二面为凸透镜再将光线汇聚，平行光出射。

２.确定第二面透镜：在第一面透镜后放置凸透镜才能满足对无限远处对焦的要求。

３．几何参数的确定：由于要求几何尺寸合适，不妨将总尺寸设为160mm，由应用光学知识可以计算，则第一面透镜的焦距应该取-80mm，第二面透镜焦距取为240mm，筒长为160mm（也就是两透镜的几何距离）。

4.做到了平行光出射，并扩束三倍的要求后，下一步需要做的便是减少像差，这个里面可以调整的有透镜的材质，在几何尺寸允许的条件下还可以再对相对距离等参数做出微调，以求能调出像差较小的设计。

同时为增加可调自由度，还可以考虑再增加一面或者两面透镜，来达到消像差的目的。

三、设计过程（1）第一面透镜在设计第一面透镜时，先大致利用应用光学知识进行计算，估算透镜两个面的曲率半径，这里，大约可以取R1=-50mm，R2=200，材质使用BK7玻璃。

这时，可以先看看这一面透镜的相关参数，探究下像差与单面透镜的一些参数的关系，这里，发现，当透镜的曲率半径取得越大时，透镜显示的球差和慧差越大，所以，在实验和实际工程中，建议使用曲率合适的透镜。

同样，根据设计思路，这时需要解决的另一个问题便是确定第一面透镜的焦距，这里可以使用SYNOPSYS软件中的edit solves 功能来确定其焦距，最后，经过调试，选择的是R1=-55，R2=150，选用BK7玻璃。

（2）第二面透镜下一步便是确定第二面透镜的相关参数，根据设计思路中的计算，可以知道两面透镜之间的距离，所以需要确定的是透镜在像差比较小的情况下，能使光纤平行出射的焦距，也就是设计思路里面所确定的240mm。

两聚焦镜片间距可调，输出端的通光口径全部是25mm。如果输出光斑直 径 达 14.5mm 至 22mm ， 输 入 激 光 束 功 率 可 高 达 500W 。 输 入 端 内 螺 纹 M29x1mm，输出端外螺纹M29x1mm。
产品型号
BEST-10.6-1.3ZTM-CBE BEST-10.6-1.6ZTM-CBE BEST-10.6-2ZTM-CBE BEST-10.6-2.5ZTM-CBE BEST-10.6-3ZTM-CBE BEST-10.6-3.5ZTM-CBE BEST-10.6-4ZTM-CBE BEST-10.6-5ZTM-CBE BEST-10.6-6ZTM-CBE BEST-10.6-7ZTM-CBE BEST-10.6-8ZTM-CBE BEST-10.6-10ZTM-CBE BEST-10.6-12ZTM-CBE
3
66
24
6
5.3
BEST-10.6-4ZTL
4
75.7
31
8
5.75
最大输出 光直径 (mm)
14 14 14 14 16 16 23
连接方式 (mm)
φ24 M22x0.75
φ24 M22x0.75
φ24 M22x0.75
φ31
武汉新特光电 027-51773398/99 广州安特激光 020-28395114/5167 9
距离测量效果；通过扩束镜能改变光束直径以便用于不同的光学仪器设备；扩束镜配合空间滤光片使用
则可以使非对称光束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。
最通用的扩束镜起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入负透镜和一个输出正透镜。输入镜将一个
虚焦点光束传送给输出镜，两个透镜是虚共焦结构。一般小于 20 倍的扩束镜都用该原理制造，因为它简

作 者 简 介 ： 恒 坤 （９ ７ ）男 ， 理 研 究 员 ， 士 ， 王 １７ ， 助 硕 从事 光 电对 抗 方 面 相 关 研 究 ； ｅ ｇ ｕ ＠Ｉ ｉ． ＯＩ ｗｈ ｎ ｋ ｎ ．３ Ｃ Ｆ 。 ｏ１ １
多 波 段 高 功 率 激 光 扩 束 系 统 设 计
王 恒坤 ， 王 兵 ， 庄 昕 宇， 郭 汝海 ， 马 军
（ 国 科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研 究所 ，长 春 １ ０ ３ ） 中 ３ ０ ３
摘
要 ： 对 透 射 式 和 反 射 式 扩 束 系 统 应 用 于 高 功 率 激 光 扩 束 的优 缺 点 进 行 了 对 比研 究 。采 用 次 镜 为 凸
本 文设 计 的激 光 扩束 系统工 作于 近红外 到 远红外 光谱 波段 中 。多波段 高能 激光 器发散 角均 小于 系统对激
光 光 束 质 量 的 要 求 ， 作 激 光 光 束 最 大 直 径 为 ２ 工 ８ｍｍ ， 最 大 漂 移 量 为 ７ 。 扩 束 系 统 倍 率 设 计 为 ３ ５ ， 束 ． 倍 系
统波像 差优 于 ０ ２Ａ ． ３ ｍ） 光学 系 统具 有很 好 的稳 定 性 ， ． ５ （ 一０ ６ ２８ ， 并具 有 高抗 激光 损 伤 阈值 、 高反 射率 、 热
变形小 等 特点 。 １ ２ 结 构 类 型 ． 激 光 扩 束 系统 主 要 分 为 透 射 式ห้องสมุดไป่ตู้扩 束 系 统 和 反 射 式 扩 束 系 统 ｌ 。透 射 式 扩 束 系 统 是 由一 个 或 多 个 透 镜 组 ｇ 。 成 ， 据 不 同 的 目镜 类 型 可 分 为伽 利 略 望 远 镜 扩 束 系 统 和 开 普 勒 望 远 镜 扩 束 系 统 （ １ 。 反 射 式 扩 束 系 统 是 根 图 ）

简易激光扩束器的设计和制作一实验目的光扩束器是激光雷达、激光测距等光学系统中重要的光学部件，在上述系统中一个优良的光学系统是决定整个系统性能的关键因素之一。

因此，理解和设计出一个良好的扩束器成为一种必要。

然而扩束器对于在实验室内学习的学生而言却显得非常陌生，由于没有现成的仪器，学生仅从理论上学习它，这在一定程度上限制了学生的知识范围。

实验系统的搭建不仅能让学生清楚的理解扩束器的原理，更能让学生自己动手搭建系统，培养了学生理论联系实际，自我动手的能力。

1 扩束镜二实验原理2.2扩束镜原理束镜是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。

从激光器发出的激光束具有一定的发散角，对于激光加工来说，只有通过扩束镜的调节使激光光束变为准直（平行）光束，才能利用聚焦镜获得细小的高功率密度光斑；在激光测距中，必须通过扩束镜最大限度地改善激光的准直度才能得到理想的远距离测量效果；通过扩束镜能改变光束直径以便用于不同的光学仪器设备；扩束镜配合空间滤光片使用则可以使非对称光束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。

图2 扩束镜原理图三实验方案及比较3.1棱镜扩束法于棱镜材料的折射，使出射光方向与入射光方向不同，其入射角与棱镜顶角的变化可以引起光束宽度的改变.棱镜扩束示意图如图1a .每个棱镜的扩束比为D/d=M=（3-1）式中D为出射光的宽度；d为入射光的宽度；M为扩束比；φ为入射角；φ′为折射角；μp是棱镜的折射率。

璃棱镜的μp=1.54.根据现有的数据，d=2mm，D=47mm,则总的扩束比为==23.5（3-2）图3 棱镜扩束系统想用3个棱镜完成扩束比，则每个棱镜的扩束比应为==2.8（3-3）由M=cos［arcsin(sinφ/μp)］/cosφ′=2.8 ，可近似算得φ=81°.折射定律μp=sinφ/sinφ′,可得φ′=53°.在选择棱镜的顶角时，应使得出射光束尽可能垂直于出射面，以使这个出射面反射最小.由几何学可知，应取棱镜顶角ψ＝φ′＝53°.实际的棱镜扩束光路如图1b。

开普勒扩束镜的原理引言：开普勒扩束镜是一种用于天文观测的光学仪器，它通过透镜组的设计使得观测的星体能够更加清晰和明亮。

本文将介绍开普勒扩束镜的原理及其工作原理。

一、什么是开普勒扩束镜？开普勒扩束镜是一种望远镜的设计，其目的是通过改变望远镜镜筒和主透镜的设计，使观测到的星体更加清晰和明亮。

开普勒扩束镜的设计是基于德国天文学家开普勒的光学原理。

二、开普勒扩束镜的工作原理开普勒扩束镜的工作原理基于开普勒的光学原理，通过透镜组的设计来改善望远镜的成像效果。

其主要原理如下：1. 减小像差：开普勒扩束镜通过使用具有更低像差的透镜来改善望远镜的成像质量。

透镜的设计包括使用非球面透镜和多片组合透镜，以减小球差、色差和畸变等像差。

2. 提高透光率：开普勒扩束镜通过使用高质量的透镜材料和镀膜技术来提高透光率。

高质量的透镜材料能够减少光的散射和吸收，而镀膜技术可以增强透镜的反射和透射效果，使更多的光线进入望远镜。

3. 扩大视场：开普勒扩束镜的设计还包括扩大视场的功能，使得观测到的天体范围更广。

这通过增加透镜的直径和透镜组的设计来实现，以提高望远镜的视场角。

4. 减小像旋：开普勒扩束镜通过透镜组的设计来减小像旋，使得观测到的星体图像更加清晰和稳定。

这可以通过透镜的位置和弧度来调整，以达到最佳的成像效果。

三、开普勒扩束镜的应用开普勒扩束镜的应用广泛，主要用于天文观测领域。

它可以用于观测恒星、行星、星系以及其他天体的研究。

开普勒扩束镜的高清晰度和高亮度成像效果使得观测者能够更准确地研究天体的性质和行为。

在天文学研究中，开普勒扩束镜被广泛应用于行星探测和行星轨道测量。

通过观测行星的亮度和位置变化，科学家可以推断出行星的质量、轨道和其他重要参数，从而揭示行星的形成和演化过程。

开普勒扩束镜还可以用于观测恒星的行为和演化研究。

通过观测恒星的亮度、色度和光谱特征，科学家可以研究恒星的年龄、质量、温度和化学成分等重要参数，进而揭示恒星的形成和演化规律。