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1、第!!卷第"期%&’(!!)*&("应用光学!##$年!##$++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++文章编号,$##!-!#.!/!##$0#"-###1-#"变焦扩束系统的光学设计孔祥蕾$)郝沛明!/$(中国科学院安徽光学精密机械研究所激光光谱学开放实验室)安徽合肥!2##2$3!(中国科学院长春光学精密机械研究所应用光学国家重点实验室吉林长春$2##!!0摘要,利用几何光学理论)详细分析变焦扩束系统的两种结构)并结合实例)指出在进行光学设计时选取参数的依据4关键词,变焦3激光扩束
2、器3光学设计中图分类号,562"-26文献标识码,7引言激光扩束器是组成如激光雷达等诸多激光仪器设备的重要部分)其主要作用是压缩激光的空间发散角)使激光束满足孔径要求8$94变焦扩束系统具有可变的扩束倍率)所以)它的应用范围比一般激光扩束系统要广泛得多8!94在光学结构上)它一般由变焦组:固定组和补偿组三个组元构成4使用中)变焦组相对图$变焦扩束系统于固定组移动)这两组的组合焦距就连续改=>?($@AB>CDEAFGHAIHJKALMHBNONPHI们将7:;看成一个组合透镜)则其焦距满足,变)产生新的焦点4补偿组也必须是可以移动的)当变焦组移动到某一位置)补
3、偿组也移动QRTQSTQRSTU/$0QRTVQST-W$到相应的位置)使新的焦点稳定在补偿组的焦在下面的研究中)我们通过变焦组与固定点上)组成有新的扩束倍率的扩束系统4本文组之间的距离W的变化来分析扩束比的变化$利用几何光学理论)结合变焦扩束系统的一般和W的变化4设Q分别为7和;的像方!RT:QST结构)着重分析在进行光学设计时选取参数的焦距)X为扩束倍率4图$中7为正透镜);为依据4负透镜)即有Q下面我们考虑RTY#)QSTZ#4QRTVQSTY#时变焦组由足够远的距离开始$变焦扩束系统的结构向固定组靠近过程中X的变化情况/对于QRT图$给出了这种系统的一
4、种常用的形式)VQST[#的情况)可作类似分析04其中7为变焦组);为固定组)<为补偿组4/$0W$由足够大开始逐渐变小)但QRTV为了便于对这种系统进行一般性分析)我QST-W$ZQST)即W$YQRT4收稿日期,!##$-#2-!作者简介,孔祥蕾/$16-0)男)汉族)现在中国科学院安徽光学精密机械研究所攻读博士学位)主要研究激光光谱学:应用光学41此过程中!"且("逐渐变大!)逐中!.的变化量逐渐增大!而在其后.再逐渐#$%&’!#$%(,/渐变小*减小+从+6-式至+:-式-的过程中!.的变化,+,-./0"#%!即"#%1"$%2./0"$%*有
5、量逐渐减小*但在整个变化过程中!.%,5’!即.减小时!.都增大*"%3/,)0+,-"#%从实现的角度出发!还必须考虑.和./,+4-./逐渐变小!但满足"$%5"#%1"$%的实际大小!我们注意+:-式!可得到.和"%,32./5’*此过程中!"#$%&’!且("#$%(逐渐大小关系!如表/所示*变大!)逐渐变小*表/.和.的变化/,+6-./0"#%1"$%!即"#%1"$%2./0?@AB/CD@EFGHIJK/@ELK,’*此时7和8组成望远系统!补偿组无法满足MNB./+OO-.,+OO-系统要求*+/-./&"#%.,5"=%+9-./逐渐变小!
6、但满足’5"#%1"$%2./5"#%1"$%*此过程中!"#$%5’!且("%#$(+,-./0"#%.,0"=%逐渐变小!)逐渐变大*+4-"#%1"$%5./5"#%.,&"=%+:-./0’*此时有+6-./0"#%1"$%P"%3"%3+"#%1"$%-)00+4-"#$%"#%1"$%+9-’5./5"#%5"$%.,5"=%由以上分析可见!在变焦组移动的过程由以上分析可见<+/-段和+9-段都满足中!+/-;+4-和+9-段都能实现变焦!且可以看.,5"=%!但+/-段中./较大!+9-段中./较出!+/-和+4-段的变焦效果相类似!但我们还小!
7、故从这个角度出发!+9-段一般应优于+/-需研究一下补偿组的移动!以选取最易实现的段*而+4-段中!由于"很大!而造成.较#$%,一段*大!故实际应用也是有限的*可看出!利用这种根据+/-式!我们有类型的变焦扩束系统时!+9-段是最可取的*"%3"%3+"#%1"$%2./-)00+6-实际上!图/中的固定组8也可以用正透"#$%"#%1"$%对./求导!可得<镜来代替!如图,所示*此时!总有"#%1"$%&"%3’*变焦组由足够远的地方逐渐靠近固定组的()%(0+9-"#%"$%过程中!各项的变化如表,所示!其中Q表示即可看出!对于给定"和"的系统!扩#%;
8、"$%=%该项在.变小的过程中变大!R
