离轴二反激光扩束系统的设计和数学建模.pdf

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1、第29卷第4期光电技术应用Vo1．29．No．42014年8月ELECTRo．OPTICTECHNOLOGYAPPLICATIONAugust，2014·光学设计·离轴二反激光扩束系统的设计和数学建模王佳轶(中国电子科技集团公司光电研究院，天津300000)摘要：描述了一种离轴二反式激光扩束系统的数学建模方法。该方法可以在输人少数特定参数的情况下，解算出整个扩束系统主工作面的各项参数。在MATLAB、EXCEL等具有计算功能软件的辅助下，可以较方便地得到整个扩束系统工作面的初始结构。而且该方法还可以直接判断出初始结构是否符合系统装调需求。具有方法简便、计算快捷等特

2、点。关键词：反射式；激光扩柬；数学建模中图分类号：TN249文献标识码：A文章编号：1673—1255(2014)．04—001003DesignandMathematicalModelingofOf-axisDouble—reflectionLaserBeamExpanderWANGJia—yi《AcademyofOpto-Electronics,ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation{AOECETC)．Tianjin300000，China)Abstract：Amathematicalmodelingmethodo

3、fanoff-axisdouble—reflectionlaserbeamexpanderiSdescribed．Attheconditionofinputafewspecialparameters，alltheparametersonthemainoperationpanelofthebeamex—panderarecalculated．WiththecalculationsoftwaresuchasMATLABandEXCEL，theinitialstructureofalltheoperationpanelsofthebeamexpanderisobtain

4、edeasily．Wecanjudgedirectlywiththemethodwhethertheinitialstructureaccordswiththerequirementsofsystemassemblinganddebuggingornot．Ithasthecharacteristicsofcon—veniencemethodandfastspeedcalculation．Keywords：reflection；laserbeamexpand；mathematicalmodeling激光扩束系统根据光线传播的形式主要可分使用，甚至造成镜片的吸热受损。

5、离轴反射式扩束为透射式和反射式两种。透射式扩束系统，根据不系统虽然加工困难，并且难以达到较高的面型精同的目镜类型可分为伽利略扩束系统和开普勒扩度，系统装调难度非常大。但是它在大功率、宽波束系统。它往往针对某一特定波段的光束。具有段激光扩束领域里具有明显的优势，甚至可以在某面型精度高、波相差小、安装简便、系统占用空间小些高能量密度的反射镜背面增加散热系统，从而提等特点。反射式扩束系统，应用较广的有格里高利高系统性能。系统和卡塞格林系统。反射式扩束系统与透射式扩束系统相比具有大口径、无色差、传输效率高等1离轴二反激光扩束系统设计优点。尤其是在大功率激光扩束系统中，透射

6、式扩1．1原理束系统由于光学材料的部分吸热，很容易造成系统各种相差随温度升高而急剧增大，影响系统的正常大功率激光发射系统的激光发射功率较高，为收稿日期：2014—03—17作者简介：王佳轶(1980一)，男，吉林省长春市人，学士，主要研究方向为测控技术与仪器专业第4期王佳轶：离轴二反激光扩束系统的设计和数学建模了避免在扩束系统内产生实际的激光汇聚，从而产===㈩生空气击穿现象，可采用类似于无焦卡塞格林系统的结构形式。在本设计中选取扩束系统为双抛物从而求得斜线方程中的斜率，截距为面反射的结构形式，满足整个系统消球差条件。根据入射光的不同高度，分别选取整个主抛物面反射

7、==㈦镜和次抛物面反射镜的部分区域，从而在缩减系统所以，斜线方程为占用空间的情况下，实现对入射激光的扩束。如图1所示y=+=+㈦将斜线与主镜坐标方程进行联立，可得二元一次方程如下々一，y：一y一z(7)，Yn，图1离轴反射式扩束系统示意图由上式可知系数：1，B：一，c：一4厂2，从而可解得为了保证扩束后的光束质量，光学系统的像差要求较高，波像差要小于A／4。y：(一8)1．2公式推导及数学建模由于模型一直是Y轴的上半轴，故此去除Y的负根或者最小根，所以可得下式为了计算方便，选取次镜坐标方程的顶点为原一B+、[点，分别列出主镜、次镜和过(，Y)、(Xa，Y)的斜线y

8、————一