一種光纖聚焦鏡組的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于一種聚焦裝置，具體涉及一種光纖聚焦鏡組。
【背景技術】
[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、受環境干擾小等特點，同時，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散角和光束質量參數，這個特性對于需要采用多路激光同時同位置共同作用的相關技術研究具有非常重要的應用價值，如原子激發光譜研究或原子激發電離路徑研究等。
[0003]在激光光譜研究領域，由于需要進行原子能級掃描，會將多束包含紫外、可見、近紅外等不同波長的激光合成一束，同時作用于研究對象，這就要求幾束光合成度高，激光在近場和遠場都能很好地重合在一起，采用光纖合成傳輸能夠實現合一目標。但如何將光纖輸出的具有發散性能的光束重新聚焦到一點也是非常難于實現的，這是因為用于光束準直和聚焦的光學系統存在像差，光學系統的像差主要包括球差、彗差、畸變、像散、場曲等單色像差和不同波長之間的色差。光學系統單色像差的存在，使光束聚焦光斑發生彌散，中心會聚度下降。而且當不同波長的光線在透過光學玻璃準直聚焦時，由于色散和折射系數的差異會導致不同波長的光線具有不同的焦點。

【發明內容】

[0004]本實用新型為解決現有技術存在的問題而提出，其目的是提供一種光纖聚焦鏡組。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種光纖聚焦鏡組，包括從光纖入射點到聚焦點之間依次同光軸設置的I號雙凸形透鏡、彎月形透鏡、雙凹形透鏡、II號雙凸形透鏡、I號凸凹形透鏡、III號雙凸形透鏡、II號凸凹形透鏡、IV號雙凸形透鏡，所述的I號雙凸形透鏡、彎月形透鏡邊緣接觸，中部為0.12mm的空氣隙，雙凹形透鏡、II號雙凸形透鏡邊緣接觸，中部為0.04mm的空氣隙，I號凸凹形透鏡、III號雙凸形透鏡邊緣接觸，中部為0.09mm的空氣隙，II號凸凹形透鏡、IV號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號雙凸形透鏡與I號凸凹形透鏡沿光軸的間距為2.86mm，III號雙凸形透鏡與II號凸凹形透鏡沿光軸的間距為3.05mm。
[0006]所述的I號雙凸形透鏡、II號雙凸形透鏡、III號雙凸形透鏡、IV號雙凸形透鏡材質為具有低色散系數的氟化鈣。
[0007]彎月形透鏡、雙凹形透鏡、I號凸凹形透鏡、II號凸凹形透鏡材質為具有高色散系數的熔融石英。
[0008]本實用新型利用兩種不同色散系數材料的光學鏡片進行組合，實現了多束紫外、可見和近紅外波段激光的聚焦，消除在聚焦過程中產生的色差，使得聚焦能力不受波長的限制，擴大了光纖合成傳輸技術的應用范圍，利用多個鏡片之間不同曲率半徑和間距的匹配，使得光纖輸出的發散光束重新聚焦于一點，通過像差校正與補償，有效消除光纖輸出激光在聚焦過程中產生的單色像差，本實用新型易于安裝調節，操作簡單。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0010]圖2是光纖輸出聚焦鏡組的球差曲線圖；
[0011]圖3是光纖輸出聚焦鏡組的色差曲線圖。
[0012]其中:
[0013]1 I號雙凸形透鏡 2彎月形透鏡
[0014]3雙凹形透鏡4 II號雙凸形透鏡
[0015]5 I號凸凹形透鏡 6 III號雙凸形透鏡
[0016]7 II號凸凹形透鏡 8 IV號雙凸形透鏡。
【具體實施方式】
[0017]以下，參照附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明:
[0018]如圖1所示，一種光纖聚焦鏡組，包括從光纖入射點到聚焦點之間依次同光軸設置的I號雙凸形透鏡1、彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、II號雙凸形透鏡4、I號凸凹形透鏡5、III號雙凸形透鏡6、II號凸凹形透鏡7、IV號雙凸形透鏡8，所述的I號雙凸形透鏡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號雙凸形透鏡4邊緣接觸，中部為0.04mm的空氣隙，I號凸凹形透鏡5、111號雙凸形透鏡6邊緣接觸，中部為0.09mm的空氣隙，II號凸凹形透鏡7、IV號雙凸形透鏡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號雙凸形透鏡4與I號凸凹形透鏡5沿光軸的間距為2.86mm，III號雙凸形透鏡6與II號凸凹形透鏡7沿光軸的間距為3.05mm。
[0019]所述的I號雙凸形透鏡1、II號雙凸形透鏡4、III號雙凸形透鏡6、IV號雙凸形透鏡8材質為具有低色散系數的氟化鈣。所述的I號雙凸形透鏡1、II號雙凸形透鏡4、111號雙凸形透鏡6、IV號雙凸形透鏡8具有正光焦度。
[0020]彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、I號凸凹形透鏡5、II號凸凹形透鏡7材質為具有高色散系數的熔融石英。所述的彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、I號凸凹形透鏡5、II號凸凹形透鏡7具有負光焦度。
[0021]I號雙凸形透鏡1與彎月形透鏡2，雙凹形透鏡3與II號雙凸形透鏡4，I號凸凹形透鏡5與III號雙凸形透鏡6，II號凸凹形透鏡7與IV號雙凸形透鏡8相互兩兩組合消除色差。
實施例
[0022]通過光纖輸出280nm~820nm波段的發散激光，光纖輸出發散角為25.4度，光纖入射點與I號雙凸形透鏡1左端面距離LelOSmm，發散光依次通過I號雙凸形透鏡1、彎月形透鏡2、雙凹形透鏡3、II號雙凸形透鏡4、I號凸凹形透鏡5、111號雙凸形透鏡6、II號凸凹形透鏡7、IV號雙凸形透鏡8，實現聚焦光斑工作距離L23 500mm，球差參數小于0.5mm。
[0023]如圖2所示，橫坐標表示入射光的物方高度，縱坐標表示球差大小。圖中a表示波長為280nm的紫外光，b表不波長為820nm的近紅外光，c表不波長為550nm的可見光。
[0024]當光入射到單個透鏡上時，無限靠近光軸的光線將聚焦到近軸像的位置，但是隨著透鏡上光線高度的增加，像方空間的光線與光軸相交即聚焦的位置越來越靠近透鏡，這種隨孔徑變化的焦點位置變化成為球差。控制球差的一個有效方法是將光焦度分解成多個元件，通過在多個元件間分解光焦度，可以減少每個表面上的入射角，從而使球差減少。
[0025]光纖輸出激光為發散光，發散角約為25.4度，通過光纖聚焦鏡組，針對芯徑0.6mm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為0.3mm。
[0026]如圖3所示，橫坐標為入射光波長范圍，縱坐標為垂軸色差值。由于透鏡對于短波的折射率比長波的折射率高，導致不同波長光的聚焦點不同，這種焦點隨波長不同而在軸向產生的位置變化稱為軸向色差。本實用新型的聚焦鏡組通過氟化鈣和熔融石英兩種不同色散系數的材質相互匹配實現色差校正，針對280-820nm波段范圍，垂軸焦點偏移量小于0.0015mm。
[0027]本實用新型利用兩種不同色散系數材料的光學鏡片進行組合，實現了多束紫外、可見和近紅外波段激光的聚焦，消除在聚焦過程中產生的色差，使得聚焦能力不受波長的限制，擴大了光纖合成傳輸技術的應用范圍，利用多個鏡片之間不同曲率半徑和間距的匹配，使得光纖輸出的發散光束重新聚焦于一點，通過像差校正與補償，有效消除光纖輸出激光在聚焦過程中產生的單色像差，本實用新型易于安裝調節，操作簡單。
【主權項】
1.一種光纖聚焦鏡組，其特征在于:包括從光纖入射點到聚焦點之間依次同光軸設置的I號雙凸形透鏡(1)、彎月形透鏡(2)、雙凹形透鏡(3)、II號雙凸形透鏡(4)、I號凸凹形透鏡(5)、111號雙凸形透鏡(6)、II號凸凹形透鏡(7)、IV號雙凸形透鏡(8)，所述的I號雙凸形透鏡(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號雙凸形透鏡(4)邊緣接觸，中部為0.04_的空氣隙，I號凸凹形透鏡(5)、111號雙凸形透鏡(6)邊緣接觸，中部為0.09mm的空氣隙，II號凸凹形透鏡(7)、IV號雙凸形透鏡(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號雙凸形透鏡(4)與I號凸凹形透鏡(5)沿光軸的間距為2.86mm，III號雙凸形透鏡(6)與II號凸凹形透鏡(7)沿光軸的間距為3.05mm。2.根據權利要求1所述的一種光纖聚焦鏡組，其特征在于:所述的I號雙凸形透鏡(1)、11號雙凸形透鏡(4)、111號雙凸形透鏡(6)、IV號雙凸形透鏡(8)材質為具有低色散系數的氟化鈣。3.根據權利要求1所述的一種光纖聚焦鏡組，其特征在于:彎月形透鏡(2)、雙凹形透鏡(3)、I號凸凹形透鏡(5)、II號凸凹形透鏡(7)材質為具有高色散系數的熔融石英。
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖聚焦鏡組，包括從光纖入射點到聚焦點之間依次同光軸設置的Ⅰ號雙凸形透鏡、彎月形透鏡、雙凹形透鏡、Ⅱ號雙凸形透鏡、Ⅰ號凸凹形透鏡、Ⅲ號雙凸形透鏡、Ⅱ號凸凹形透鏡、Ⅳ號雙凸形透鏡。本實用新型利用不同兩種色散系數材料的光學鏡片進行組合，實現了多束紫外、可見和近紅外波段激光的聚焦，消除在聚焦過程中產生的色差，使得聚焦能力不受波長的限制，利用多個鏡片之間不同曲率半徑和間距的匹配，使得光纖輸出的發散光束重新聚焦于一點，通過像差校正與補償，有效消除光纖輸出激光在聚焦過程中產生的單色像差，本實用新型易于安裝調節，操作簡單。
【IPC分類】G02B6/32, G02B1/00
【公開號】CN204989538
【申請號】CN201520724921
【發明人】薛艷艷, 安振杰, 劉麗娜
【申請人】核工業理化工程研究院
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月18日