红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化-燕山大学学报.PDFVIP

卷 期 燕山大学学报 年 月 文章编号：1007-791X (2012) 02-0169-04 红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化 侯峙云 ，洪文学 ，赵 兵 ，韩 华 （ 燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛 ； 燕山大学 信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 ） 摘 要：为了进一步提高光纤传输激光的效率，通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了 双透镜和两种三透镜光学聚焦系统，并得到相应的光斑图形。运用 软件对实测的光斑进行模拟计算， 得到了光斑的强度分布图，通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小，计算并得到了光束发散角。 实验结果表明，种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳，输出的光斑直径为 ，光束的发散角为 ， 提高了耦合效率，降低了传输能量的损耗。 关键词：聚焦；发散角；模式 中图分类号：TN252 文献标识码：A DOI：10.3969/j .issn.1007-791X .2012.02.015 引言 取其直径为光斑的最大直径。 光学聚焦系统现已广泛应用于激光加工、医学 临床、照相技术等各个领域 。为了提高能量利 用率，在应用激光束时都需要把激光束聚焦成微小 的光点来使用，目前通常使用反射镜组传输再聚焦 或是由光纤传输再聚焦 ，但存在激光束耦合到 光纤中造成的能量损耗大以及光束从光纤中输出 时发散角较大等不足。因此，有必要研究设计一个 图 双透镜系统光路图 优良的激光束聚焦系统 。本文对激光经过光纤 传输后的几种聚焦系统进行了研究，利用 软件对实测光斑图进行模拟 得到光斑的强 度分布图，探讨了光学聚焦系统的特性以及光纤传 输激光能量的性能。 图 在距离透镜 不同距离处的光斑图像 双透镜聚焦系统 双透镜聚焦系统光路图如图 所示。由于光纤 在距离 分别为 、 、 、 输出的光不是平行光，而是具有一定发散角度的， 、 处测得的光斑，经过数码相机拍 所以在摆设光路装置时，大透镜 离光纤不要太 照，用 软件处理后得到灰度图，再经过 远，小透镜 尽量靠近大透镜 。 软件进行模拟，最后得出强度分布图。 图 所示的是在距系统几个不同距离处测得的光 利用该装置测得的如图 所示的光斑点作为 斑的强度分布。实际的光斑的强度分布图是一个峰 原始数据，用显微镜测量光斑的数值大小，由于光 值曲线，实际的光斑直径是在 处的宽度大小。 斑形状是不规则的，取一个能包含所有区域的圆， 收稿日期： 基金项目：河北省自然科学基金资助项目 （ ） 作者简介：侯峙云（ ），女，吉林长春人，博士研究生，副教授，主要研究方向为红外技术与仪器， ： 。 燕山大学学报 图 各位置处光斑实际直径 由图可知，在 处， ， 所以双透镜聚焦后光束的发散角为 。 可以算出 。 由图 可以看出，在光斑越小时，其强度分布 同理算出其他距离的 的值，