一种用于高斯光束远场整形的小型双透镜系统设计
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作者:
作者单位:

(1.天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息科学技术教育部重点实验室,天津 300072; 2.飞行器控制一体化技术重点实验室 航空工业自控所,陕西 西安 710065)

作者简介:

谢洪波(1969-),男,博士,副教授,主要从事光学设计与 光显示技术的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

航空科学基金项目(20165848005)资助项目 (1.天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息科学技术教育部重点实验室,天津 300072; 2.飞行器控制一体化技术重点实验室航空工业自控所,陕西 西安 710065)


Design of a miniaturized dual-lens system for Gaussian beam shaping in far fiel d
Author:
Affiliation:

(1.Key Laboratory of Optoelectronics Information Technology,Ministry of Educatio n,College of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering,Tianjin U niversity,Tianjin 300072,China; 2.Science and Technology on Aircraft Control Lab oratory,Flight Automatic Control Research Institute,Xi′an 710065,China)

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    摘要:

    为了实现高斯光束的远场均匀投射,利用Zemax 优化设计了一种由双凹、平凸双透镜组成的小型匀 光组件。基于理想均匀光斑在其径向上的照度积分与半径呈线性关系的原理,首先利用双凹 透镜缩短光路, 然后对平凸透镜进行约束优化。该组件长度为24mm,可对波长1064nm、腰斑直径400μm 的激光束实现 发散角为6.6°的远场均匀投射。经过设计模型在10m、30m 和40m投射距离处的模拟仿真,结果 显示在4个投射距离处的光斑均匀度都大于93.9%,能量利用率均高于 90%。该匀光组件仅由2个球面和 1个二次曲面构成,结构简单,间隔和厚度公差可达±0.03mm,拥 有良好的可加工性和实用性,在激光通信、激光干涉照明等领域中具有潜在的使用 价值。

    Abstract:

    Aiming at achieving the uniform projection of Gaussian beam in far fie ld,a miniaturized device consisting of a biconcave and a plano-convex lenses is designed and optimized w ith Zemax software.Based on the linear relationship between the illumination integral of an ideally uniform light spot in radial direction and its radius,a biconcave lens is utilized to shorten the light path,and then a plano-convex le ns is optimized by the constraint of linear relationship.Using the designed optical model with 24mm in length,the divergence of outputting beam with 1064nm wavelength and initial waist diameter of 400μm reaches to 6.6°.The performance of optimized Gaussian beam shaping system is simulated and characterized with dista nces of 10m,20m,30m and 40m.The obtained results show that the uniformity of light spot is bette r than 93.9%,and the utilization rate of optical energy is higher than 90% for all distances.As a simple structured system,the optical device,composed of two spheres and one quadric surface,has ±0.03mm tolerance of thickness and spacing,which is easy to process and convenient to apply.The newly-designed d evice also holds the potentials in various fields,such as laser communication and laser interference illumination.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

谢洪波,毛晨盛,马骏,任德伦,王瑶,杨磊.一种用于高斯光束远场整形的小型双透镜系统设计[J].光电子激光,2018,29(5):523~529

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  • 收稿日期:2017-09-07
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  • 在线发布日期: 2018-05-24
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