【设计】激光扩束系统设计.docx

精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 光学设计 Optical design 题目名称：准直扩束系统的设计 光电工程学院光电信息工程100212338魏松岩学校： 光电工程学院 光电信息工程 100212338 魏松岩 专业： 学号： 姓名： 2021.01.08 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 目 录 第一章 绪论 ?????????????????? 1 1.1 引言???????????????????? 1 1.2 激光束及其准直扩束的原理 ???????????? 1 激光高斯光束的特性 激光束准直扩束的原理 1.3 折射型扩束器基本结构 ?????????????? 4 1.3.1 1.3.1 开普勒扩束镜 1.3.2 伽利略扩束镜 其次章 光学设计软件 ZEMAX 概述?????????? 5 第三章 激光准直扩束系统设计 ??????????? 9 3.1 准直扩束系统的参数确定 ????????????? 9 3.2 确定激光扩束系统的初始结构 ???????????? 9 3.3 ZEMAX的优化?????????????????? 11 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 第一章 绪论 引言 激光扩束系统是激光干涉仪，激光测距仪，激光雷达等诸多仪器设备的重要 组成部分， 其光学系统多采纳通过倒置的望远系统， 来实现对激光的扩束， 其主要作用是压缩激光束的空间发散角，使扩束后的激光束口径满意其他系统的要 求； 激光器发出的光束直径很细小， 通常只有零点几到几毫米， 激光束的这些特性在某些方面是很有用的； 然而在一些应用领域中需要的确是宽光束， 如激光全息，光信息处理，激光照明，激光测距等；例如在激光干涉仪的应用中，它要照 射比激光束口径大得多的被测物体， 然后通过光束的干涉来实现测量； 又如在激光的全息应用中， 它要照耀比激光束口径大得多的全息记录介质， 以实现信息的记录和重现；因此需要使用激光扩束系统来实现激光束的准直扩束； 激光束及其准直扩束的原理 激光高斯光束的特性 激光束的性质是由激光共振腔的几何外形和尺寸打算的 , 激光束具有特别的结构, 光束呈双曲线形，光束的截面上最小处称束腰 ( 见图 2.1), 其半径为 其中，b 为共振腔的共振参数；共振腔的共焦参数 b 可由下式求 得: 其中，R 为共振腔球面镜的曲率半径， d 为共振腔二镜面之 间的距离； 激光束准直扩束的原理 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，由于它简洁，体积小，价格也低；尽可能 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 如下列图，输入镜将入射的激光束聚焦在前焦平面上 （虚焦点），新的束腰和发散角 如下列图，输入镜将入射的激光束聚焦在前焦平面上 （虚焦点），新的束腰 和发散角 为 0 f 1 和 2 0 ； 式中 (l ) 为入射激光束在入射镜上光束半径， l 是入射激光束腰与入射镜的 距离 f1 是输入镜的焦距； 由于 0 落在输出镜的后焦平面上， 并且输出镜的焦距 f2 大于输入镜的焦距，高斯光束将被扩束镜准直；准直倍率如下： 0 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 式中T 1 f 1 ， 和 0 是入射光束的发散角和束腰； 经过扩束镜后，束腰 0 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 f 2和发散角 为 f 2 f 1 和 0 ；可得： T 0 T 1 (l ) ； 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 通过采纳倒置的望远镜系统不但实现了对高斯光束发散角的压缩 , 仍增大了 其腰斑的尺寸 , 实现了对高斯光束的扩束； 折射型扩束器基本结构 开普勒扩束镜 在需要空间滤波或者进行大倍率的扩束的时候， 人们一般使用开普勒设计的望远镜；开普勒望远镜一般有一个凸透镜作为输入镜片， 把实焦距聚焦的光束发送到输出元件上； 另外，可以通过在第一个透镜的焦点上放置小孔来实现空间滤波； 伽利略扩束镜 最通用的扩束镜类型起源于伽利略望远镜， 通常包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜； 输入镜将一个虚焦距光束传送给输出镜； 一般的低倍数的扩束镜都用该原理制造，由于它简洁，体积小，价格也低；一般的尽可能的被设计为 小的球面相差， 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； 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 其次章 光学设计软件 Z