激光准直扩束的设计和仿真.pdfVIP

EquipmentManufaetringTechnologyNo．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：TP274t5 文献标识码 ：A 文章编号：1672—545X(2009)03-oo28-04 在大型设备、管道、建筑物等的测量、安装、校准中，往往 1．1高斯光束通过薄透镜时的变换 需要给出一条直线作为基准线 ，以此来检查各零部件位置的 若球差 自动测量系统，可测量的被测透镜截面半径为 准确性。通过准直扩束系统，能改变光束直径 ，以便用于不同 15—30rain，高斯光束需要大倍率准直扩束。 的光学仪器设备。激光器输出方向性极好的细激光束，激光的 透镜的高斯公式： 基模是高斯光束，有着0．2～8mard极小发散角；但更小的发 }+}=1 (1) 散角，能够使高斯光束聚焦得更好。在精密测量中，还需采取 办法进一步提高其准直性。因此，激光器输出的高斯光束，需 从光波的角度看，规定发散球面波的曲率半径为正，会聚 球面波的曲率半径为负，高斯公式可改写为： 要实现准直和扩束，进一步压缩发散角和扩大光斑尺寸。对于 激光加工来说，只有通过扩束准直系统的调节，使激光光束变 R+。R’=f (…2) 为准直平行光束，才能利用聚焦镜获得细小、功率密度高的光 从波动光学的角度讲，薄透镜的作用是改变光波波阵面 斑；同时，准直扩束配合空间滤光片使用，则可以使非对称光 的曲率半径。将透镜的变换应用到高斯光束上(如图2所示)， 束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。 有以下关系： 在开发的光学系统的像差测量系统中，被测透镜具有一 cc，’=∞ 定 口径，需要具有一定直径平行光照射，以分析不同入射高度 1 = 了1 (3) 的光线束，通过被测透镜后相交的不同位置。 尺’ 尺 ，l … 1 激光器扩束准直系统设计 i —— ＼ 上∞ o l 在图I所示的哈特曼球差 自动检测量系统中，扩束准直 }、 ． ：f ／ I 系统3出射的平行光，通过哈特曼光阑后，被分割成许多不同