基于Zemax的高能激光发射系统的扩束系统设计

关键词：高功率激光发射系统；扩束系统

1 引言

高功率激光发射系统是强激光空间传输系统中不可缺少的装置。对高功率激光发射系统的研究一直是激光应用领域的关键技术问题。高功率激光发射系统通常由准直系统、导光光路系统和扩束系统组成,光学系统要求具有高抗激光损伤阈值、高反射率、热变形小等特点。这里我们主要讨论扩束系统的设计。

2 设计要求

项目	指标要求
发散角	<3mrad
扩束前光束宽度	45mm*45mm
扩束比	2
系统波像差	λ/4
波长	10.6um
两镜间距	200mm左右

3 设计方案选择

由于激光波长较长，出射光束直径较大，大口径透镜材料价格昂贵，反射系统便于冷却，同时为了避免中心遮拦对激光能量的损失,提高系统的发射能量，故高功率激光扩束系统选择离轴无焦卡塞格林系统进行扩束。所设计的离轴卡塞格林扩束系统,其扩束倍率为2倍,主镜离轴量265mm,次镜离轴量132.5mm,主镜为凹抛物面,次镜为凸抛物面。

4设计步骤

1. 根据主次镜间距和扩束比计算主次镜的曲率半径，主次镜曲率半径分别为800mm和400mm。

2. 按下图设置系统参数

1. 按下图输入表面参数

1. 系统图如下所示：

1. MTF/波前图/像面光斑图如下所示：

5 总结

这是一种被广泛采用的强激光扩束系统，本文作为强激光发射系统的入门级教程，抛砖引玉，供初学者参考。

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