光纖聚焦鏡組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種聚焦裝置，具體涉及一種光纖聚焦鏡組。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳輸是一種靈活可靠的激光傳輸方式，具有靈活性高、小型化、受環(huán)境干擾小等特點(diǎn)，同時(shí)，光纖輸出激光具有同一面源輸出光束特征，即具有近似相同的發(fā)散角和光束質(zhì)量參數(shù)，這個(gè)特性對(duì)于需要采用多路激光同時(shí)同位置共同作用的相關(guān)技術(shù)研究具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，如原子激發(fā)光譜研究或原子激發(fā)電離路徑研究等。
[0003]在激光光譜研究領(lǐng)域，由于需要進(jìn)行原子能級(jí)掃描，會(huì)將多束包含紫外、可見(jiàn)、近紅外等不同波長(zhǎng)的激光合成一束，同時(shí)作用于研究對(duì)象，這就要求幾束光合成度高，激光在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)都能很好地重合在一起，采用光纖合成傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)合一目標(biāo)。但如何將光纖輸出的具有發(fā)散性能的光束重新聚焦到一點(diǎn)也是非常難于實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)橛糜诠馐鴾?zhǔn)直和聚焦的光學(xué)系統(tǒng)存在像差，光學(xué)系統(tǒng)的像差主要包括球差、彗差、畸變、像散、場(chǎng)曲等單色像差和不同波長(zhǎng)之間的色差。光學(xué)系統(tǒng)單色像差的存在，使光束聚焦光斑發(fā)生彌散，中心會(huì)聚度下降。而且當(dāng)不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)在透過(guò)光學(xué)玻璃準(zhǔn)直聚焦時(shí)，由于色散和折射系數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)具有不同的焦點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題而提出，其目的是提供一種光纖聚焦鏡組。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種光纖聚焦鏡組，包括從光纖入射點(diǎn)到聚焦點(diǎn)之間依次同光軸設(shè)置的I號(hào)雙凸形透鏡、彎月形透鏡、雙凹形透鏡、II號(hào)雙凸形透鏡、I號(hào)凸凹形透鏡、III號(hào)雙凸形透鏡、II號(hào)凸凹形透鏡、IV號(hào)雙凸形透鏡，所述的I號(hào)雙凸形透鏡、彎月形透鏡邊緣接觸，中部為0.12mm的空氣隙，雙凹形透鏡、II號(hào)雙凸形透鏡邊緣接觸，中部為0.04mm的空氣隙，I號(hào)凸凹形透鏡、III號(hào)雙凸形透鏡邊緣接觸，中部為0.09mm的空氣隙，II號(hào)凸凹形透鏡、IV號(hào)雙凸形透鏡邊緣接觸，中部為0.14mm的空氣隙，所述的彎月形透鏡與雙凹形透鏡沿光軸的間距為5.04mm，II號(hào)雙凸形透鏡與I號(hào)凸凹形透鏡沿光軸的間距為2.86mm，III號(hào)雙凸形透鏡與II號(hào)凸凹形透鏡沿光軸的間距為3.05mm。
[0006]所述的I號(hào)雙凸形透鏡、II號(hào)雙凸形透鏡、III號(hào)雙凸形透鏡、IV號(hào)雙凸形透鏡材質(zhì)為具有低色散系數(shù)的氟化鈣。
[0007]彎月形透鏡、雙凹形透鏡、I號(hào)凸凹形透鏡、II號(hào)凸凹形透鏡材質(zhì)為具有高色散系數(shù)的熔融石英。
[0008]本發(fā)明利用兩種不同色散系數(shù)材料的光學(xué)鏡片進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)了多束紫外、可見(jiàn)和近紅外波段激光的聚焦，消除在聚焦過(guò)程中產(chǎn)生的色差，使得聚焦能力不受波長(zhǎng)的限制，擴(kuò)大了光纖合成傳輸技術(shù)的應(yīng)用范圍，利用多個(gè)鏡片之間不同曲率半徑和間距的匹配，使得光纖輸出的發(fā)散光束重新聚焦于一點(diǎn)，通過(guò)像差校正與補(bǔ)償，有效消除光纖輸出激光在聚焦過(guò)程中產(chǎn)生的單色像差，本發(fā)明易于安裝調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是光纖輸出聚焦鏡組的球差曲線(xiàn)圖；
圖3是光纖輸出聚焦鏡組的色差曲線(xiàn)圖。
[0010]其中:
1 I號(hào)雙凸形透鏡 2彎月形透鏡 3雙凹形透鏡4 II號(hào)雙凸形透鏡
5 I號(hào)凸凹形透鏡 6 III號(hào)雙凸形透鏡 7 II號(hào)凸凹形透鏡 8 IV號(hào)雙凸形透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下，參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，一種光纖聚焦鏡組，包括從光纖入射點(diǎn)到聚焦點(diǎn)之間依次同光軸設(shè)置的I號(hào)雙凸形透鏡1、彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、II號(hào)雙凸形透鏡4、I號(hào)凸凹形透鏡5、111號(hào)雙凸形透鏡6、II號(hào)凸凹形透鏡7、IV號(hào)雙凸形透鏡8，所述的I號(hào)雙凸形透鏡1、彎月形透鏡2邊緣接觸，中部為0.12mm的空氣隙，雙凹形透鏡3、II號(hào)雙凸形透鏡4邊緣接觸，中部為0.04mm的空氣隙，I號(hào)凸凹形透鏡5、111號(hào)雙凸形透鏡6邊緣接觸，中部為0.09mm的空氣隙，II號(hào)凸凹形透鏡7、IV號(hào)雙凸形透鏡8邊緣接觸，中部為0.14_的空氣隙，所述的彎月形透鏡2與雙凹形透鏡3沿光軸的間距為5.04mm，II號(hào)雙凸形透鏡4與I號(hào)凸凹形透鏡5沿光軸的間距為2.86mm，III號(hào)雙凸形透鏡6與II號(hào)凸凹形透鏡7沿光軸的間距為3.05mm。
[0012]所述的I號(hào)雙凸形透鏡1、II號(hào)雙凸形透鏡4、III號(hào)雙凸形透鏡6、IV號(hào)雙凸形透鏡8材質(zhì)為具有低色散系數(shù)的氟化鈣。所述的I號(hào)雙凸形透鏡1、II號(hào)雙凸形透鏡4、111號(hào)雙凸形透鏡6、IV號(hào)雙凸形透鏡8具有正光焦度。
[0013]彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、I號(hào)凸凹形透鏡5、II號(hào)凸凹形透鏡7材質(zhì)為具有高色散系數(shù)的熔融石英。所述的彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、I號(hào)凸凹形透鏡5、II號(hào)凸凹形透鏡7具有負(fù)光焦度。
[0014]I號(hào)雙凸形透鏡1與彎月形透鏡2，雙凹形透鏡3與II號(hào)雙凸形透鏡4，I號(hào)凸凹形透鏡5與III號(hào)雙凸形透鏡6，II號(hào)凸凹形透鏡7與IV號(hào)雙凸形透鏡8相互兩兩組合消除色差。
實(shí)施例
[0015]通過(guò)光纖輸出280nm~820nm波段的發(fā)散激光，光纖輸出發(fā)散角為25.4度，光纖入射點(diǎn)與I號(hào)雙凸形透鏡1左端面距離LelOSmm，發(fā)散光依次通過(guò)I號(hào)雙凸形透鏡1、彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、II號(hào)雙凸形透鏡4、I號(hào)凸凹形透鏡5、111號(hào)雙凸形透鏡6、II號(hào)凸凹形透鏡7、IV號(hào)雙凸形透鏡8，實(shí)現(xiàn)聚焦光斑工作距離L23 500mm，球差參數(shù)小于0.5mm。
[0016]如圖2所示，橫坐標(biāo)表示入射光的物方高度，縱坐標(biāo)表示球差大小。圖中a表示波長(zhǎng)為280nm的紫外光，b表不波長(zhǎng)為820nm的近紅外光，c表不波長(zhǎng)為550nm的可見(jiàn)光。
[0017]當(dāng)光入射到單個(gè)透鏡上時(shí)，無(wú)限靠近光軸的光線(xiàn)將聚焦到近軸像的位置，但是隨著透鏡上光線(xiàn)高度的增加，像方空間的光線(xiàn)與光軸相交即聚焦的位置越來(lái)越靠近透鏡，這種隨孔徑變化的焦點(diǎn)位置變化成為球差?？刂魄虿畹囊粋€(gè)有效方法是將光焦度分解成多個(gè)元件，通過(guò)在多個(gè)元件間分解光焦度，可以減少每個(gè)表面上的入射角，從而使球差減少。
[0018]光纖輸出激光為發(fā)散光，發(fā)散角約為25.4度，通過(guò)光纖聚焦鏡組，針對(duì)芯徑0.6_的光纖輸出光，在放大倍率約為3的條件下，聚焦光斑的球差參數(shù)為0.3mm。
[0019]如圖3所示，橫坐標(biāo)為入射光波長(zhǎng)范圍，縱坐標(biāo)為垂軸色差值。由于透鏡對(duì)于短波的折射率比長(zhǎng)波的折射率高，導(dǎo)致不同波長(zhǎng)光的聚焦點(diǎn)不同，這種焦點(diǎn)隨波長(zhǎng)不同而在軸向產(chǎn)生的位置變化稱(chēng)為軸向色差。本發(fā)明的聚焦鏡組通過(guò)氟化鈣和熔融石英兩種不同色散系數(shù)的材質(zhì)相互匹配實(shí)現(xiàn)色差校正，針對(duì)280-820nm波段范圍，垂軸焦點(diǎn)偏移量小于0.0015mm。
[0020]本發(fā)明利用兩種不同色散系數(shù)材料的光學(xué)鏡片進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)了多束紫外、可見(jiàn)和近紅外波段激光的聚焦，消除在聚焦過(guò)程中產(chǎn)生的色差，使得聚焦能力不受波長(zhǎng)的限制，擴(kuò)大了光纖合成傳輸技術(shù)的應(yīng)用范圍，利用多個(gè)鏡片之間不同曲率半徑和間距的匹配，使得光纖輸出的發(fā)散光束重新聚焦于一點(diǎn)，通過(guò)像差校正與補(bǔ)償，有效消除光纖輸出激光在聚焦過(guò)程中產(chǎn)生的單色像差，本發(fā)明易于安裝調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖聚焦鏡組，其特征在于:包括從光纖入射點(diǎn)到聚焦點(diǎn)之間依次同光軸設(shè)置的I號(hào)雙凸形透鏡(1)、彎月形透鏡(2)、雙凹形透鏡(3)、II號(hào)雙凸形透鏡(4)、I號(hào)凸凹形透鏡(5)、111號(hào)雙凸形透鏡(6)、II號(hào)凸凹形透鏡(7)、IV號(hào)雙凸形透鏡(8)，所述的I號(hào)雙凸形透鏡(1 )、彎月形透鏡(2 )邊緣接觸，中部為0.12mm的空氣隙，雙凹形透鏡(3 )、II號(hào)雙凸形透鏡(4)邊緣接觸，中部為0.04_的空氣隙，I號(hào)凸凹形透鏡(5)、111號(hào)雙凸形透鏡(6)邊緣接觸，中部為0.09mm的空氣隙，II號(hào)凸凹形透鏡(7)、IV號(hào)雙凸形透鏡(8)邊緣接觸，中部為0.14mm的空氣隙，所述的彎月形透鏡(2)與雙凹形透鏡(3)沿光軸的間距為5.04mm，II號(hào)雙凸形透鏡(4)與I號(hào)凸凹形透鏡(5)沿光軸的間距為2.86mm，III號(hào)雙凸形透鏡(6)與II號(hào)凸凹形透鏡(7)沿光軸的間距為3.05mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖聚焦鏡組，其特征在于:所述的I號(hào)雙凸形透鏡(1)、II號(hào)雙凸形透鏡(4)、111號(hào)雙凸形透鏡(6)、IV號(hào)雙凸形透鏡(8)材質(zhì)為具有低色散系數(shù)的氟化鈣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖聚焦鏡組，其特征在于:彎月形透鏡(2)、雙凹形透鏡(3)、I號(hào)凸凹形透鏡(5)、II號(hào)凸凹形透鏡(7)材質(zhì)為具有高色散系數(shù)的熔融石英。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖聚焦鏡組，包括從光纖入射點(diǎn)到聚焦點(diǎn)之間依次同光軸設(shè)置的Ⅰ號(hào)雙凸形透鏡、彎月形透鏡、雙凹形透鏡、Ⅱ號(hào)雙凸形透鏡、Ⅰ號(hào)凸凹形透鏡、Ⅲ號(hào)雙凸形透鏡、Ⅱ號(hào)凸凹形透鏡、Ⅳ號(hào)雙凸形透鏡。本發(fā)明利用不同兩種色散系數(shù)材料的光學(xué)鏡片進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)了多束紫外、可見(jiàn)和近紅外波段激光的聚焦，消除在聚焦過(guò)程中產(chǎn)生的色差，使得聚焦能力不受波長(zhǎng)的限制，利用多個(gè)鏡片之間不同曲率半徑和間距的匹配，使得光纖輸出的發(fā)散光束重新聚焦于一點(diǎn)，通過(guò)像差校正與補(bǔ)償，有效消除光纖輸出激光在聚焦過(guò)程中產(chǎn)生的單色像差，本發(fā)明易于安裝調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單。
【IPC分類(lèi)】G02B6/32, G02B1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105242353
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510596517
【發(fā)明人】薛艷艷, 安振杰, 劉麗娜
【申請(qǐng)人】核工業(yè)理化工程研究院
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年9月18日