激光扩束系统设计(推荐)

工 程 光 学 课 程 设 计(论 文)

激光扩束系统设计

学 院(系)： 物理与材料工程学院

专 业： 光电子技术科学

学 生 姓 名： 戴晨冲

学 号： 2009053402

指 导 教 师： 丛 妍

完 成 日 期： 2012-12-01

大连民族学院

摘 要

激光扩束系统是构成诸如激光雷达、激光测距仪等仪器的重要组成部分。其主要作用是通过改善激光束的空间发散角，提高光束的准直性，使激光束达到对孔径的要求。扩束系统根据扩束比是否可调，可分为固定式和可调式。变焦扩束系统与其它扩束系统相比具有扩束比可调的优点，故其在全息照相、激光测距以及光通讯等领域有着广泛的应用。变焦扩束系统根据组元的多少可分为二组元系统、三组元系统和四组元系统等。根据光学理论手工计算出了扩束镜焦距f1及后扩束镜焦距f2，并根据理论结果设计出来扩束比为5的扩束系统，通过应用ZEMAX软件对设计结果进行了优化。

关键词：激光扩束镜；光学设计；ZEMAX软件

目 录

摘 要I

设计要求：1

第一章 绪 论2

第二章 光线追迹求解前扩束镜焦距f1及后扩束镜焦距f23

第三章 Zemax光学设计软件简介6

第四章 课程设计结果Zemax验证8

致 谢11

设计要求：

设计要求：采用三片结构，激光扩束比：5倍，通光口径D：5mm

半视场角： 0° 设计波长： 0.60um，光学总长：280mm

计算：前扩束镜焦距f1，后扩束镜焦距f2，

激光扩束系统设计参数

第一章 绪 论

1、望远镜系统激光扩束原理

激光扩束器的设计中常采用倒置的望远镜系统，高斯光束通过望远镜系统的变换矩阵为

式中分别表示两镜的焦距，两镜间距 ，其中表示失调量，为放大镜的放大率。

设入射光束束腰为，焦参数为，物距为s，经望远镜系统后变为束腰为，像距为的高斯光束。

其中对于调焦系统有：

远场发散角与束腰间有反比关系，即，远场发散角被压缩倍，且与物距和像距均无关。当时，，即像方激光束腰位于第二透镜的后焦面上；当时，，该望远镜系统的扩束比。

2、几种激光扩束望远镜的性能分析

2.1折射式扩柬组远镜系统

使用透镜作物镜的望远系统称为折射式望远镜，根据不同的目镜类型可分为伽利略望远镜系统和开普勒望远镜系统。

伽利略望远镜系统具有结构简单、筒长短、等优点，但是其局限性在于不能容纳空间滤波或进行大倍率的扩束，因此其应用领域受到了比较大的限制。而开普勒望远镜系统可以配合空间滤波片使用，使非对称光束分布变为对称分布，并可使激光能量分布得更加均匀，但是建造成本相比于伽利略望远镜也有所提升。

2.2反射式扩束望远镜系统

反射式望远镜系统是指用凹面反射镜作物镜的望远镜系统，与折射式望远镜系统相比具有大口径、无色差、传输效率高等优点，已得到广泛的应用.在激光扩束器设计和制造中应用较广的有无焦格里格利系统和无焦卡塞格林系统

反射式望远镜系统在光学性能方面的最大缺点是存在较为严重的像差，因此在实际使用中必须应用非球面的不同组合，实现不同的消像差能力，激光扩束望远镜中最常用的是抛物面。

第二章 光线追迹求解前扩束镜焦距f1及后扩束镜焦距f2

已知：

本设计相当于伽利略望远镜系统的倒置，故：

由光路可逆原理：

第三章 Zemax光学设计软件简介

ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起。 ZEMAX不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件， 具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点ZEMAX主要应用的领域包括：显微镜、望远镜、目镜等镜头设计等(球差、彗差、像散、场曲、畸变、轴向和垂轴色差;w(tXcX；；，传统相机镜头、数码相机镜头 2|}`?bY]i` 各种变焦镜头、手机摄像头等 zbgH}6b 各种夜视系统、光学发射天线等 kT12 ?LCD 背光板和LED建摸及照明设计优化 lNbAt4]}f( 光管、光纤连接器等通信系统和元器件 ^+k~{F,) ?车灯等各种照明系统设计和分析 }BN!Xa ?DVD、VCD 激光读写y*7{S{9；；；LCOS、DLP等各种投影仪及光学引擎设计 F\Q X=n 干涉仪、全息光学 F9Co m} 光通信元器件设计分析有源及无源器件、光纤耦合效率计算、光纤耦合效率优化分析 F1GFn|OA 物理光学BPM计算和波导光学软件数据接口实现合作计算 r(OH各种激光器谐振腔等 ArVW