激光扩束望远镜设计

激光扩束望远镜设计
一、 项目研究背景
在激光发射系统中，为了增大激光平行度作用距离，要求减小光束的发散角.这样才更大的范围内激光都可以保持较好的线性度。

因此，在发射系统中常采用扩束望远镜来扩展激光光束，达到系统的准直性要求。

而与一般的发射系统相比，强脉冲激光发射系统对光学系统的整体性能提出了更高的要求，不仅要求光学系统的准直性好，而且要求整个光学系统具有高抗光损阔值、高反射率、热变形小等特点.此外，在实际应用中还要求目标距离处的光斑尺寸具有可调节性，因此该种激光发射系统在理论设计与实际工程监理方面都面临着极大的考验。

二、 项目研究内容
1、望远镜系统激光扩束原理
激光扩束器的设计中常采用倒置的望远镜系统，高斯光束通过望远镜系统的变换矩阵为
1
12
21M l
f f f M f τ
τ∆⎛
⎫+ ⎪ ⎪
⎪∆∆-+
⎪⎝
⎭
式中
12
,f f 分别表示两镜的焦距，两镜间距
12l f f =++∆
，其中∆表示失调量，
21
f M f τ=-
为放大镜的放大率。

设入射光束束腰为0
w ，焦参数为2
w f πλ
=
，物距为s ，经望远镜系统后变为
束腰为
'
w ，像距为'
s
的高斯光束。

其中对于调焦系统有：
2
'
12()s M f f M s
ττ=-+-
'
00
w M w τ=
远场发散角
θ与束腰
w 间有反比关系，即
0201
1M τ
θθ=
，远场发散角被压缩
M τ
倍，且与物距和像距均无关。

当1
s f =时，
'
2
s f =，即像方激光束腰位于第二透镜2
L 的后
焦面上；当
12
s f f >>+时，
'2
s M s
τ≈-，该望远镜系统的扩束比'
00
w M M w τ
=
=。

2、几种激光扩束望远镜的性能分析 2.1折射式扩柬组远镜系统
使用透镜作物镜的望远系统称为折射式望远镜，根据不同的目镜类型可分为伽利略望远镜系统和开普勒望远镜系统。

伽利略望远镜系统具有结构简单、筒长短、等优点，但是其局限性在于不能容纳空间滤波或进行大倍率的扩束，因此其应用领域受到了比较大的限制。

而开普勒望远镜系统可以配合空间滤波片使用，使非对称光束分布变为对称分布，并可使激光能量分布得更加均匀，但是建造成本相比于伽利略望远镜也有所提升。

2.2反射式扩束望远镜系统
反射式望远镜系统是指用凹面反射镜作物镜的望远镜系统，与折射式望远镜系统相比具有大口径、无色差、传输效率高等优点，已得到广泛的应用.在激光扩束器设计和制造中应用较广的有无焦格里格利系统和无焦卡塞格林系统
反射式望远镜系统在光学性能方面的最大缺点是存在较为严重的像差，因此在实际使用中必须应用非球面的不同组合，实现不同的消像差能力，激光扩束望远镜中最常用的是抛物面。

3、设计指标
强脉冲激光发射系统的工作波长为10.6m λμ=，入射光束口径050D m m
≤，
要求出射光束口径200D m m =，在距离激光器100m 范围内，激光光束的口径
250D m m
≤，在100m 的目标距离处光斑大小具有一定的可调节性。