【技术实现步骤摘要】
本申请涉及激光光束调控领域，公开了一种基于双柱面透镜阵列的大范围匀化光源系统及其控制匀化方法。
技术介绍
1、半导体激光器具有体积小、功耗低、价格低廉的特点，通过光路优化设计被匀化后的光束可用于化学催化、医疗、航天遥感、工业颗粒污染物检测等领域。
2、针对光束能量匀化的方法主要包括衍射光学元件、光纤波导法、透镜阵列法等。
3、衍射光学元件法基于物理光学的衍射原理，通过掩膜加工技术在透镜表面进行刻蚀，得到一种台阶结构。激光经过每个衍射单元后发生衍射，并在一定距离（通常为无穷远或透镜焦平面）处产生干涉，形成特定的光强分布。衍射光学元件的台阶数越多，要求刻蚀的精度越高，加工难度较大。
4、光纤波导法利用光线的全反射原理将耦合进方形光纤的光多次反射，在光纤出射面得到能量分布均匀的光斑，但是这种方法成本较高，制作难度较大， 且稳定性差，容易受到环境因素的影响。
5、透镜阵列法主要是利用几何光学中的折射或透射原理，属于几何光学的范畴，设计结构最为简洁，容易实现，光能损失小。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种大工作范围的宽匀化光源系统，通过使用两个柱面透镜，对常规半导体激光器发出的光进行光束准直和整形，构成低成本透镜组系统，在大工作范围内实现了宽匀化。
2、本专利技术的基本原理：透镜阵列法利用了几何光学中的折射原理，即光在两种透明介质交界处（例如空气和玻璃）会向折射率高的区域弯曲，当光线穿过材料时，其折射率越高
3、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种大作用范围的宽匀化光源系统及其控制匀化方法，包括半导体激光器，定制化柱面透镜。
4、半导体激光器是能够产生相干超短光脉冲的芯片级集成光源。发光面是一个狭长的矩形,光束会在矩形的短边方向发生强烈的衍射作用,所以他的光斑是椭圆形，并且能量分布程中间强，周边弱的高斯型分布；半导体激光器的有源区在竖直方向和水平方向的孔径约束大小不一样，由于衍射等原因导致高斯光束空间分布的不对称性； 在垂直于结平面（快轴）的方向上，发散角一般在 20°~40°；在平行于结平面（慢轴）的方向上，发散角一般在8°~15°。
5、所述半导体激光器的经过空气，到达所述定制化的柱面透镜系统；柱面透镜系统的作用是对光束进行准直和匀化。
6、准直是指，光束经过透镜系统后被准直整形成发散角小于3mrad的与光轴近似平行的光束，光束半径在一定传播距离后不会发生显著变化，由于快轴的发散角大于慢轴，所以准直整形主要发生在快轴方向；匀化是指对光束进行空间整形，得到较理想的呈均匀分布的平滑光束，使其在工作目标处各点能量分布均匀一致。
7、进一步的，可以采用高功率的半导体激光器，直接产生平顶光束。
8、进一步的，可以通过光放大器直接放大半导体激光器的光束，产生平顶光束。
9、进一步的，可以采用多个柱面透镜，组成柱面透镜阵列, 进一步匀化光束。
10、进一步的，可以采用多个柱面透镜，通过调整柱面透镜类型，组成缩束或扩束结构，用于压缩或扩展慢轴方向的光束。
11、因此，通过以上措施，本实例中的匀化光束可在小发散角的状态下持续传播较远的距离，从而构成较大的工作范围。
12、使用者可以调整半导体激光器的发光参数，柱面透镜的材料、曲率半径、厚度及焦距，以及半导体激光器到前柱面透镜的距离，前柱面透镜到后柱面透镜的距离，形成参数组合，优化匀化效果。
13、本专利技术提供了一种大工作范围的宽匀化光源系统及其控制匀化方法，具备以下有益效果：
14、1、本专利技术通过使用两个柱面透镜构成透镜组，替換衍射光器件，降低了成本，实现了大工作范围内的光束匀化效果。
15、2、本专利技术通过前柱面透镜进行预准直整形，通过后柱面透镜后，达到预期的匀化光束工作范围。
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1.一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，包括半导体激光器（1），前柱面透镜（2）和后柱面透镜（3），其特征在于，所述的半导体激光器（1）可以发出光束，经过所述的前柱面透镜（2）准直和所述的后柱面透镜透镜（3）整形后，在所述的后柱面透镜（3）之后实现宽匀化光源。
2.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，其特征在于，所述的柱面透镜（2）有圆形的面背对所述的半导体激光器（1），起到准直光线作用，所述的后柱面透镜（3）有圆形的面面向所述的半导体激光器（1），起到压缩光线作用。
3.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，其特征在于，所述的前柱面透镜（2）、述的后柱面透镜（3）光轴共线，形成透镜阵列，述的前柱面透镜（2）和述的后柱面透镜（3）的有圆形的面相互垂直，述的前柱面透镜（2）和述的后柱面透镜（3）可以同一种透镜或不同种透镜。
4.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，其特征在于，所述的柱面透镜（2）、（3）组成透镜阵列，可以压缩或扩展光束。
5.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化
6.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，其特征在于，所述的半导体激光器（1），光器功率小于100mw半导体激光器配合系列的光放大器直接生成平顶光束。
7.一种基于双柱面透镜组匀化光源系统控制匀化方法，其特征在于，使用1-6任一项所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，可以调整半导体激光器的发光参数，柱面透镜的材料、曲率半径、厚度及焦距等，以及半导体激光器（1）到前柱面透镜（2）的距离，前柱面透镜（2）到后柱面透镜（3）的距离，优化光束匀化效果。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，包括半导体激光器（1），前柱面透镜（2）和后柱面透镜（3），其特征在于，所述的半导体激光器（1）可以发出光束，经过所述的前柱面透镜（2）准直和所述的后柱面透镜透镜（3）整形后，在所述的后柱面透镜（3）之后实现宽匀化光源。
2.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，其特征在于，所述的柱面透镜（2）有圆形的面背对所述的半导体激光器（1），起到准直光线作用，所述的后柱面透镜（3）有圆形的面面向所述的半导体激光器（1），起到压缩光线作用。
3.根据权利要求1所述的一种基于双柱面透镜组匀化光源系统，其特征在于，所述的前柱面透镜（2）、述的后柱面透镜（3）光轴共线，形成透镜阵列，述的前柱面透镜（2）和述的后柱面透镜（3）的有圆形的面相互垂直，述的前柱面透镜（2）和述的后柱面透镜（3）可以同一种透镜或不同种透镜。
...【专利技术属性】
技术研发人员：杨晨东，
申请(专利权)人：苏州科乐宏峰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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