激光扩束器

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种激光扩束器。

背景技术

激光器目前广泛应用于激光通信、激光测距、激光制导、激光手术等军民生活息息相关的领域。激光器发出的激光发射角很小，接近于一毫弧度，即使将其发射到几千米以外，光束的直径不过增加几厘米，其输出的能量集中在很小的范围里。在实际应用中，往往使用激光扩束器先将激光的直径扩大至合适的倍数后再发射至指定目标。

但是目前现有的激光扩束器由于外界环境温度的变化容易导致其内部的透镜产生变形，进一步导致扩束后的激光光束非平行光束，存在一定的误差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种激光扩束器，主要对由于加工精度与环境温度变化导致的激光扩束器的光学系统存在的误差进行修正，以保证激光光束的准直发射。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种激光扩束器，包括：扩束器前镜组和转动镜组；

扩束器前镜组包括：扩束器前镜筒，扩束器前镜筒内设置有第一透镜组；

转动镜组包括：扩束器固定镜筒，扩束器固定镜筒与扩束器前镜筒之间同轴固定连接，扩束器固定镜筒的内部通过螺纹转动连接有圆柱形结构的转动镜座，在转动镜座内设置有第二透镜组；

扩束器固定镜筒的外底部设置有驱动圆环，驱动圆环通过第三螺钉与转动镜座进行转动连接；

通过转动驱动圆环使转动镜组沿扩束器镜筒内部进行轴向运动，并通过转动镜组的旋转圈数来控制转动镜组的轴向运动量；

当第一透镜组的虚焦点与第二透镜组的实焦点重合时，实现对激光光束的扩束。

优选地，激光光束依次透过第二透镜组和第一透镜组后完成扩束过程；

第二透镜组沿激光光束的传播方向依次设置有：第五透镜和第四透镜，第五透镜与第四透镜之间设置有第三隔圈，第三隔圈用于将第五透镜和第四透镜隔开；第四透镜的上方设置有第三压圈；第三压圈用于对第四透镜进行压紧；

第一透镜组沿激光光束的传播方向依次设置有：第三透镜、第二透镜和第一透镜；

第三透镜和第二透镜安装在固定镜座内；固定镜座固定在扩束器前镜筒内的孔台肩处；

第三透镜与第二透镜之间设置有第二隔圈，第二隔圈用于将第三透镜和第二透镜隔开，第二透镜的上方设置有第二压圈，第二压圈用于对第二透镜进行压紧；

固定镜座与第一透镜之间设置有第一隔圈，第一隔圈用于将固定镜座和第一透镜隔开；第一透镜的上方设置有第一压圈，第一压圈用于对第一透镜进行压紧。

优选地，扩束器固定镜筒的外侧设置有法兰盘，通过法兰盘和第一螺钉将扩束器固定镜筒与扩束前镜筒进行同轴固定连接。

优选地，扩束器固定镜筒内设置有孔台肩，转动镜座外表面设置有第一轴肩；

孔台肩通过阻碍第一轴肩以实现对转动镜座旋进运动的限制。

优选地，扩束器固定镜筒的外侧面设置有限位挡环，限位挡环通过第二螺钉固定在扩束器固定镜筒上；转动镜座外表面还设置有第二轴肩；

限位挡环通过阻碍第二轴肩以实现对转动镜座旋退运动的限制。

优选地，扩束器固定镜筒的侧面设置有螺纹孔，螺纹孔的内部安装有顶丝；

顶丝通过在螺纹孔内径向方向上挤压转动镜座以实现对转动镜座转动的限制。

优选地，第一轴肩和第二轴肩与扩束器固定镜筒的内壁形成基孔制配合，用于使转动镜座与扩束器固定镜筒保持同轴。

优选地，扩束前镜筒、第一压圈、固定镜座、第二压圈、扩束器固定镜筒、转动镜座、第四压圈、限位挡环和驱动圆环的材料为2A12。

优选地，第一隔圈、第二隔圈和第三隔圈的材料为45钢。

优选地，第一螺钉、第二螺钉、第三螺钉和顶丝材料为Q235。

优选地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的材料为HK9L_CDGM；

第一透镜与第二透镜的间距为13.2±0.02mm；

第二透镜与第三透镜的间距为11.3±0.02mm；

第三透镜与第四透镜的间距为72±0.02mm；

第四透镜与第五透镜的间距为4.5±0.02mm。

与现有的技术相比，本发明通过对由于加工精度与环境温度变化导致的激光扩束器的光学系统存在的误差进行修正，通过对透镜组之间的距离进行调整，以保证激光光束的准直发射。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的激光扩束器结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的激光扩束器结构的转动镜座结构示意图。

其中的附图标记包括：扩束器前镜筒1、第一压圈2、第一透镜3、第一隔圈4、固定镜座5、第二压圈6、第二透镜7、第二隔圈8、第三透镜9、扩束器固定镜筒10、转动镜座11、第一轴肩111、第二轴肩112、第三压圈12、第四透镜13、第三隔圈14、第五透镜15、限位挡环16、驱动圆环17、第三螺钉18、第二螺钉19、顶丝20和第一螺钉21。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的激光扩束结构。

如图1所示，本发明实施例提供的激光扩束器包括：扩束器前景组和转动镜组；

扩束器前镜组包括：扩束器前镜筒1、第一压圈2、第一透镜3、第一隔圈4、固定镜座5、第二压圈6、第二透镜7、第二隔圈8和第三透镜9。

扩束器前镜筒1内部的孔台肩处设置有固定安装的固定镜座5。

固定镜座5的内部从下到上依次设置有：第三透镜9、第二隔圈8、第二透镜7和第二压圈6。

第三透镜9位于固定镜座5的底部，第三透镜9和第二透镜7之间设置有第二隔圈8，第二隔圈8用于将第三透镜9和第二透镜7隔开；第二压圈6位于第二透镜7的上方，第二压圈6用于对第二透镜7进行压紧。

固定镜座5的上方从下到上依次设置有：第一隔圈4、第一透镜3和第一压圈2。

第一隔圈4位于固定镜座5和第一透镜3之间，第一隔圈4用于将固定镜座5和第一透镜3隔开；第一透镜3的上方设置有第一压圈2，第一压圈2用于对第一透镜2进行压紧。

转动镜组与扩束器前镜组固定连接。

转动镜组包括：扩束器固定镜筒10、转动镜座11、第三压圈12、第四透镜13、第三隔圈14、第五透镜15、限位挡环16、驱动圆环17、第三螺钉18、第二螺钉19、顶丝20和第一螺钉21。

扩束器固定镜筒10外侧设置有法兰盘，通过法兰盘和第一螺钉21将扩束器固定镜筒10与扩束前镜筒1固定连接；固定连接后的扩束器固定镜筒10与扩束前镜筒1为同轴。

扩束器固定镜筒10内部设置有转动镜座11。扩束器固定镜筒的内部设置有内螺纹，转动镜座11的外圆柱面设置有外螺纹；转动镜座11与扩束器固定镜筒10之间通过螺纹转动连接。

图2示出了根据本发明实施例提供的激光扩束器结构的转动镜座结构。

转动镜座11的外表面分别设置有第一轴肩111和第二轴肩112；第一轴肩11位于第二轴肩112的上方。

通过第一轴肩111和第二轴肩112与扩束器固定镜筒10的内表面形成基孔制配合，用于使转动镜座11与扩束器固定镜筒10之间在形成螺纹配合前保持同轴，并对转动镜座11的运动进行导向。

在转动镜座11转动的过程中，扩束器固定镜筒10内孔台肩对转动镜座11的第一轴肩111起到阻碍和限位的作用，从而限制转动镜座11旋进方向的运动(此处的旋进方向为附图1中的从下至上的方向)。

当本发明提供的激光扩束器的转动镜组在通过内外螺纹配合转动时，可通过限制转动镜组的旋转圈数来控制旋转镜组的在扩束器固定镜筒10内的轴向运动量，进而实现对转动镜组内透镜的焦距的高精度调整。由于螺纹的螺距在普通车床上可加工至0.5mm，而在数控车床加工的尺寸可以更小，能够实现0.2～0.3mm螺距的加工。当螺距越小时，其实现的转动镜组轴向运动量调整精度则越高。

限位挡环16通过第二螺钉19与扩束器固定镜筒10之间固定连接，限位挡环16的内端面对转动镜座11的第二轴肩112起到阻碍和限位的作用，从而限制转动镜座11旋退方向的运动(此处的旋退方向与上述旋进方向相反)。

扩束器固定镜筒10的侧面均匀分布有若干个螺纹孔，顶丝20通过螺纹孔在径向方向上挤压转动镜座11侧面的外圆柱面，从而限制转动镜座11的转动。

驱动圆环17位于扩束器固定镜筒10外底部位置处，驱动圆环17通过穿过扩束器固定镜筒10侧面的第三螺钉18与转动镜座11进行连接，此时驱动圆环17与转动镜座11已连接为一体。借助驱动圆环17可控制转动镜座11的旋进与旋退方向上的运动。通过旋转驱动圆环，进而带动整个转动镜座11在扩束器固定镜筒10中通过内外螺纹配合的轴向运动，驱动圆环17的作用相当于增大了施加在转动镜筒上的力矩的力臂，从而减小了对转动镜筒施加的力，更容易实现对所需焦距调整的控制，同时该驱动圆环实现对所需焦距的调整后可拆卸。

转动镜座11内部的孔台肩处从下到上依次设置有：第五透镜15、第三隔圈14、第四透镜13、第三压圈12。

第五透镜15位于转动镜座11的底部，第五透镜15和第四透镜13之间设置有第三隔圈14，第三隔圈14用于将第五透镜15和第四透镜13隔开；第四透镜13的上方设置有第三压圈12，第三压圈12用于对第四透镜13进行压紧。

本发明提供的扩束前镜筒1、第一压圈2、固定镜座5、第二压圈6、扩束器固定镜筒10、转动镜座11、第四压圈12、限位挡环16和驱动圆环17使用的材料均为2A12。

第一隔圈4、第二隔圈8、第三隔圈14使用的材料为45钢；

第三螺钉18、第二螺钉19、顶丝20、第一螺钉21使用的材料为Q235。

第一透镜3、第二透镜7、第三透镜9、第四透镜13和第五透镜15使用的材料为HK9L_CDGM。

其中第一透镜3与第二透镜7的间距为13.2±0.02mm；第二透镜7与第三透镜9的间距为11.3±0.02mm，第三透镜9与第四透镜13的间距为72±0.02mm，第四透镜13与第五透镜15的间距为4.5±0.02mm。

本发明提供的激光扩束器的工作原理为：

第四透镜13、第五透镜15组成的透镜组的虚焦点与第一透镜3、第二透镜7和第三透镜9组成的透镜组的实焦点重合。

激光器位于激光扩束器的下方。

当激光器发射出的激光依次经第五透镜15、第四透镜13组成的透镜组发散后，发散光束的延长线在扩束器外侧的虚焦点处汇聚，该虚焦点恰好与第一透镜3、第二透镜7和第三透镜9组成的透镜组的实焦点重合。

激光器发射出的激光光束经实焦点输入激光扩束器以平行光束射出。

光学件与结构件的加工精度以及激光器使用的环境温度的变化会导致透镜发生变形，进而影响激光扩束器内的光学系统。本发明提供的转动镜座11通过螺纹配合可以在扩束器固定镜筒10中沿轴向进行旋进与旋退运动，从而改变转动镜组和扩束器前镜组之间的中心距，使得第四透镜13、第五透镜15组成的透镜组的虚焦点与第一透镜3、第二透镜7和第三透镜9组成的透镜组的实焦点重合，最终激光束经过激光扩束器后准直射出。

根据本发明提供激光扩束器，其扩束倍数K固定。如果一束激光光束在激光扩束器之前的直径为D、发散角为α，那么激光光束经本发明提供的激光扩束器后的光束直径将为K·D，发散角为α/K。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。