專(zhuān)利名稱(chēng)：2μm相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在一些激光雷達(dá)、激光器準(zhǔn)直系統(tǒng)中，經(jīng)常應(yīng)用擴(kuò)束器來(lái)改變出射光口徑，改善激光束的發(fā)散角。通常擴(kuò)束系統(tǒng)是利用非球面物鏡和負(fù)彎月形透鏡分別校正像差，這樣對(duì)于擴(kuò)束倍率較大的系統(tǒng)，采用的鏡片會(huì)很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且光能量損失大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的擴(kuò)束系統(tǒng)的光能量損失大的問(wèn)題，從而提供一種2μπι 相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)。2 μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，它包括負(fù)彎月形透鏡和非球面物鏡，所述負(fù)彎月形透鏡和非球面物鏡同軸設(shè)置。負(fù)彎月形透鏡和非球面物鏡的初級(jí)像差理論為=hP\
'-V,
⑴其中，
U- -U, 0 U- U-A =(y^y) (ν—τ)，
Zn Zn(2)
e2K =——j(η -η)
rO式中下標(biāo)j = I或Zj1為像差系數(shù)，Ii1表示入射光線(xiàn)在負(fù)彎月形透鏡上的高度， h2表示入射光線(xiàn)在非球面物鏡上的高度，ujPu' i分別為負(fù)彎月形透鏡的入射孔徑角和出射孔徑角，U2和u' 2分別為非球面物鏡的入射孔徑角和出射孔徑角，K為非球面物鏡的非球面像差系數(shù)，e2為非球面物鏡的二次曲面的偏心率，η為空間介質(zhì)的折射率，n'為負(fù)彎月形透鏡材料的折射率，R0為非球面物鏡中心曲率半徑。負(fù)彎月形透鏡的焦距和非球面物鏡的焦距f2的關(guān)系為f2 = -10f\。負(fù)彎月形透鏡前表面的曲率半徑Γι和其后表面的曲率半徑r2之間滿(mǎn)足負(fù)彎月形透鏡焦距公式
f _ Ψι
_3] I⑶式中，是負(fù)彎月形透鏡的焦距。非球面物鏡為平凸非球面鏡，其非球面中心曲率半徑Rtl為R0 = (n/ -I) f2(4)式中，f2是非球面物鏡的焦距。
Pj值采用下述方法獲得利用預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)光學(xué)特性有
h -hh2 = h1+du/ u' 2 = U1 = O, U2 = !，< =- d = f2_fι(5)
a其中，d為負(fù)彎月形透鏡和非球面物鏡之間的光學(xué)間隔；獲得邊緣光線(xiàn)在每個(gè)面上的入射角u和出射孔徑角u'，代入公式(2)，獲得非球面物鏡各個(gè)面的&值。將P和K代入式(I)中，并令S1 = O即可計(jì)算出非球面物鏡的非球面偏心率e2的大小即確定二次曲面的面型。只要知道了非球面物鏡的曲率半徑Rtl和偏心率e2，則非球面物鏡的結(jié)構(gòu)就確定了。負(fù)彎月形透鏡和非球面物鏡的材料均為石英玻璃，且折射率n'均為1.4505。Ii1 = O. 5mm, h2 = 5mm。負(fù)彎月形透鏡和非球面物鏡的材料均為對(duì)紅外光高透的熔融石英玻璃。負(fù)彎月形透鏡前表面的曲率半徑F1 = 180mm，焦距= -31mm，非球面物鏡的二次曲面的偏心率e2 = O. 2。有益效果本發(fā)明根據(jù)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)射激光束的發(fā)散角要求，采用單片非球面透鏡產(chǎn)生的像差與單片負(fù)彎月形透鏡產(chǎn)生的像差共扼的方法，構(gòu)架了一種帶有非球面的倒置伽利略望遠(yuǎn)鏡形式的預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的擴(kuò)束系統(tǒng)分別校正物鏡和負(fù)彎月形透鏡像差而引起的鏡片多，光能量損失大的問(wèn)題。本發(fā)明的預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且擴(kuò)束精度聞。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)的波相差分析示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，2 μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，它包括負(fù)彎月形透鏡I和非球面物鏡2，所述負(fù)彎月形透鏡I和非球面物鏡2同軸設(shè)置。負(fù)彎月形透鏡I和非球面物鏡2的初級(jí)像差理論為=h,Px+ h2P2+(1)其中，
￡K =--Y (η —η)
rO式中下標(biāo)j = I或2，S1為像差系數(shù)，hi表示入射光線(xiàn)在負(fù)彎月形透鏡I上的高度，h2表示入射光線(xiàn)在非球面物鏡2上的高度，U1和Y ι分別為負(fù)彎月形透鏡I的入射孔徑角和出射孔徑角，U2和u' 2分別為非球面物鏡2的入射孔徑角和出射孔徑角，K為非球面物鏡2的非球面像差系數(shù)，e2為非球面物鏡2的二次曲面的偏心率，η為空間介質(zhì)的折射率，n'為負(fù)彎月形透鏡I材料的折射率，R0為非球面物鏡2中心曲率半徑。
5
負(fù)彎月形透鏡I的焦距和非球面物鏡2的焦距f2的關(guān)系為f2 = -IOf10負(fù)彎月形透鏡I前表面的曲率半徑Γι和其后表面的曲率半徑1*2之間滿(mǎn)足負(fù)彎月形透鏡I焦距公式
權(quán)利要求
1.2μm相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征是它包括負(fù)彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)，所述負(fù)彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)同軸設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于，負(fù)彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)的初級(jí)像差理論為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于，負(fù)彎月形透鏡⑴的焦距和非球面物鏡⑵的焦距f2的關(guān)系為f2 = -IOf10
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于，負(fù)彎月形透鏡(I)前表面的曲率半徑!^和其后表面的曲率半徑1"2之間滿(mǎn)足負(fù)彎月形透鏡(I)焦距公式
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于，非球面物鏡(2)為平凸非球面鏡，其非球面中心曲率半徑Rtl為R0=(n'-1)f2式中，f2是非球面物鏡(2)的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于，P」值采用下述方法獲得利用預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)光學(xué)特性有
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于負(fù)彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)的材料均為石英玻璃，且折射率n'均為1.4505。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μπι相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于Ill=O.5mm, h2 = 5mm η
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于負(fù)彎月形透鏡(I)和非球面物鏡(2)的材料均為對(duì)紅外光高透的熔融石英玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的2 μ m相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，其特征在于負(fù)彎月形透鏡(I)前表面的曲率半徑A = 180mm，焦距= -31mm，非球面物鏡(2)的二次曲面的偏心率 e2 = O. 2。
全文摘要
2μm相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，涉及一種預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，它是為了解決現(xiàn)有的擴(kuò)束系統(tǒng)的光能量損失大的問(wèn)題。本發(fā)明根據(jù)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)射激光束的發(fā)散角要求，采用單片非球面透鏡產(chǎn)生的像差與單片負(fù)彎月形透鏡產(chǎn)生的像差共扼的方法，構(gòu)架了一種帶有非球面的倒置伽利略望遠(yuǎn)鏡形式的預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的擴(kuò)束系統(tǒng)分別校正非球面物鏡和負(fù)彎月形透鏡像差而引起的鏡片多，光能量損失大的問(wèn)題。本發(fā)明的預(yù)擴(kuò)束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且精度高。本發(fā)明適用于激光雷達(dá)、激光器準(zhǔn)直系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102590800SQ20121006092
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者李彥超, 王春暉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)