一种大视场开普勒色散补偿方法及补偿模块技术

本发明专利技术提供一种大视场开普勒色散补偿方法及补偿模块，包括：将开普勒色散补偿模块划分为前组和后组；确定开普勒色散补偿模块的色散补偿需求；根据前组透过复色光的波长范围和前组光焦度确定前组的轴向色差需求，以结合前组轴向色差需求设计第一、第二组合透镜的参数及第一、第二组合透镜的间距，使得第一和第二组合透镜光焦度的绝对值相对较低；根据后组透过复色光的波长范围和后组光焦度确定后组的轴向色差需求，以结合后组轴向色差需求设计第三、第四组合透镜的参数及第三、第四组合透镜的间距，使得第三和第四组合透镜光焦度的绝对值相对较低。本发明专利技术能够保证开普勒色散补偿模块在大视场下仍能正确补偿角色散且不引入过量的单色像差。量的单色像差。量的单色像差。

【技术实现步骤摘要】
一种大视场开普勒色散补偿方法及补偿模块


[0001]本专利技术属于光学设计领域，更具体地，涉及一种大视场开普勒色散补偿方法及补偿模块。

技术介绍

[0002]近年来，衍射扫描方法已经被广泛应用在高通量、高精度超快激光加工中。目前已经有了使用数字微镜阵列、空间光调制器、衍射光学元件及声光偏转器等衍射光学器件进行超快激光加工的报道。然而超快激光经过衍射光学器件时具有角色散，聚焦光斑发生拉伸，极大降低了视场边缘的加工精度，因此实现视场边缘的角色散补偿、进而使整个视场内的光斑尺寸都达到衍射极限值是必要的。中国专利文献CN 104849837A报道了一种开普勒色散补偿模块，能补偿不同视场角的角色散。它的补偿角度达到
±2°
，通光孔径达到6mm。然而商品化聚焦物镜的视场角度达到
±
4.2
°
、通光孔径达到12.6mm，现有补偿模块的补偿角度和通光孔径均比聚焦物镜的视场角和通光孔径小，还难以在聚焦物镜的视场范围内实现角色散的完全补偿。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种大视场开普勒色散补偿方法及补偿模块，旨在解决现有开普勒色散补偿模块难以在大视场范围内实现角色散完全补偿的问题。
[0004]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种大视场开普勒色散补偿方法，包括以下步骤：
[0005]将开普勒色散补偿模块划分为前组和后组；其中，所述前组包括第一组合透镜和第二组合透镜，后组包括第三组合透镜和第四组合透镜，一个组合透镜包括至少一个透镜；
[0006]确定开普勒色散补偿模块的色散补偿需求，其包括：前组透过复色光的波长范围、前组光焦度、后组透过复色光的波长范围及后组光焦度；
[0007]根据前组透过复色光的波长范围和前组光焦度确定前组的轴向色差需求，以结合前组轴向色差需求设计第一组合透镜的参数、第二组合透镜的参数及第一、第二组合透镜的间距，使得第一组合透镜和第二组合透镜光焦度的绝对值相对较低；其中，所述参数包括光焦度和阿贝数；
[0008]根据后组透过复色光的波长范围和后组光焦度确定后组的轴向色差需求，以结合后组轴向色差需求设计第三组合透镜的参数、第四组合透镜的参数及第三、第四组合透镜的间距，使得第三组合透镜和第四组合透镜光焦度的绝对值相对较低；所述组合透镜光焦度的设计用于保证开普勒色散补偿模块在大视场下仍能正确补偿角色散且不引入过量的单色像差。
[0009]可选地，所述前组的光焦度分配方程为：
[0010][0011][0012]上述方程的两个解是：
[0013][0014][0015]其中，v
11
和v
21
分别为第一组合透镜和第二组合透镜的阿贝数，和分别为第一组合透镜和第二组合透镜的光焦度，λ
11
和λ
21
分别为前组透过复色光波长的最小值和最大值，λ
01
为前组中心波长，为前组的光焦度，d1为第一、第二组合透镜的间距；和分别为第一组合透镜光焦度的第一组解和第二组解。
[0016]可选地，所述后组的光焦度分配方程为：
[0017][0018][0019]上述方程的两个解是：
[0020][0021][0022]其中，v
12
和v
22
分别为第三组合透镜和第四组合透镜的阿贝数，和分别为第三组合透镜和第四组合透镜的光焦度，λ
12
和λ
22
分别为后组透过复色光波长的最小值和最大值，λ
02
为后组中心波长，为后组的光焦度，d2为第三、第四组合透镜的间距；和分别为第三组合透镜光焦度的第一组解和第二组解。
[0023]可选地，该方法还包括以下步骤：
[0024]确定前组光焦度分配方程有解的必要条件，具体为：
[0025][0026]确定后组光焦度分配方程有解的必要条件，具体为：
[0027][0028]可选地，取光焦度求解结果中绝对值较小的解，作为较优设计方案，以利于控制像差，以便在较优设计方案的基础上进一步优化设计。
[0029]可选地，设计前组或后组的具体透镜组成时，选用阿贝数相差较大的透镜以增大与的取值范围，实现更高的设计自由度。
[0030]可选地，在对第一组合透镜至第四组合透镜进行设计时，先将组合透镜作为一个透镜，计算对应的参数，之后将组合透镜分裂为多片透镜组，对分裂后的多片透镜的表面半径与表面间隔进行数值优化来减小前组或后组的单色像差；其中，在前组多片透镜优化过程中，可以采用对称式结构进一步减小前组的单色像差。
[0031]第二方面，本专利技术提供了一种利用上述第一方面提供方法设计得到的大视场开普勒色散补偿模块，补偿模块包括：前组和后组；
[0032]所述前组由光束入射侧到出射侧包括：第一组合透镜和第二组合透镜；所述第一组合透镜由光束入射侧到出射侧包括：第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第二组合透镜由光束入射侧到出射侧包括：第四透镜、第五透镜及第六透镜；
[0033]所述后组由光束入射侧到出射侧包括：第三组合透镜和第四组合透镜；所述第三组合透镜包括：第七透镜；所述第四组合透镜由光束入射侧到出射侧包括：第八透镜和第九透镜。
[0034]可选地，所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜及第八透镜的玻璃材质为H
‑
K9L光学玻璃；第三透镜和第九透镜的玻璃材质为H
‑
ZF88光学玻璃。
[0035]可选地，所述第一透镜前表面的表面半径为21.66mm，表面间隔为6.00mm，后表面的表面半径为65.21mm，表面间隔为7.09mm；所述第二透镜前表面的表面半径为36.82mm，表面间隔为2.75mm，后表面的表面半径为212.58mm，表面间隔为8.13mm；所述第三透镜前表面的表面半径为
‑
30.32mm，表面间隔为5.98mm，后表面的表面半径为19.12mm，表面间隔为2.28mm；所述第四透镜前表面的表面半径为35.56mm，表面间隔为3.25mm，后表面的表面半径为
‑
59.36mm，表面间隔为13.59mm；所述第五透镜前表面的表面半径为
‑
140.62mm，表面间隔为3.84mm，后表面的表面半径为
‑
33.11mm，表面间隔为2.00mm；所述第六透镜前表面的表面半径为
‑
24.04mm，表面间隔为6.00mm，后表面的表面半径为
‑
22.15mm，表面间隔为104.06mm；
[0036]第一组合透镜与第二组合透镜的间距为5.00mm。
[0037]可选地，所述第七透镜前表面的表面半径为
‑
41.20mm，表面间隔为5.66mm，后表面的表面半径为
‑
63.57mm，表面间隔为23.71mm；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场开普勒色散补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：将开普勒色散补偿模块划分为前组和后组；其中，所述前组包括第一组合透镜和第二组合透镜，后组包括第三组合透镜和第四组合透镜，一个组合透镜包括至少一个透镜；确定开普勒色散补偿模块的色散补偿需求，其包括：前组透过复色光的波长范围、前组光焦度、后组透过复色光的波长范围及后组光焦度；根据前组透过复色光的波长范围和前组光焦度确定前组的轴向色差需求，以结合前组轴向色差需求设计第一组合透镜的参数、第二组合透镜的参数及第一、第二组合透镜的间距，使得第一组合透镜和第二组合透镜光焦度的绝对值相对较低；其中，所述参数包括光焦度和阿贝数；根据后组透过复色光的波长范围和后组光焦度确定后组的轴向色差需求，以结合后组轴向色差需求设计第三组合透镜的参数、第四组合透镜的参数及第三、第四组合透镜的间距，使得第三组合透镜和第四组合透镜光焦度的绝对值相对较低；所述组合透镜光焦度的设计用于保证开普勒色散补偿模块在大视场下仍能正确补偿角色散且不引入过量的单色像差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前组的光焦度分配方程为：2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前组的光焦度分配方程为：上述方程的两个解是：上述方程的两个解是：其中，v
11
和v
21
分别为第一组合透镜和第二组合透镜的阿贝数，和分别为第一组合透镜和第二组合透镜的光焦度，λ
11
和λ
21
分别为前组透过复色光波长的最小值和最大值，λ
01
为前组中心波长，为前组的光焦度，d1为第一、第二组合透镜的间距；和分别为第一组合透镜光焦度的第一组解和第二组解。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后组的光焦度分配方程为：3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后组的光焦度分配方程为：上述方程的两个解是：
其中，方程(11)的两个解是：v
12
和v
22
分别为第三组合透镜和第四组合透镜的阿贝数，和分别为第三组合透镜和第四组合透镜的光焦度，λ
12
和λ
22
分别为后组透过复色光波长的最小值和最大值，λ
02
为后组中心波长，为后组的光焦度，d2为第三、第四组合透镜的间距；和分别为第三组合透镜光焦度的第一组解和第二组解。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：确定前组光焦度分配方程有解的必要条件，具体为：确定后组光焦度分配方程有解的必要条件，具体为：5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，取光焦度求解结果中绝对值较小的解，作为较优设计方案，以利于控制像差，以便在较优设计方案的基础上进一步优化设计。6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，设计前组或后组的具体透镜组成时，选用阿贝数相差较大的透镜以增大与的取值范围，实现更高的设计自由度。7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在对第一组合透镜至第...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，焦玢璋，高辉，陈发钰，师少玺，邓磊敏，
申请(专利权)人：湖北光谷实验室，
类型：发明
国别省市：