一种小型化可连续变倍的激光扩束系统

本发明涉及激光，具体涉及一种小型化可连续变倍的激光扩束系统。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，激光技术已经成为医学、通信、制造等多个领域的核心驱动力。激光系统在这些应用中发挥着关键作用，而激光扩束作为其中至关重要的一步，直接影响了激光束的传播特性和应用效果。例如，专利公开号为cn105527716a和cn114815123a的中国专利申请和专利公告号为 cn114442293b的中国专利。

2、目前，激光扩束器在医疗领域中应用于各种疾病的治疗，通过向皮肤照射激光实现皮肤上穿孔，以便在穿孔处进行采血、给药或去除皮肤斑点或雀斑。但是，现有的激光扩束器通常需要大量的光学元件和复杂的系统结构，导致整个设备显得笨重庞大，不适合集成到小型便携设备中，限制了激光技术在移动设备、手持医疗仪器等领域的应用。而且，现有的激光扩束器由于光学元件之间的耦合效果不佳，导致能量损耗大，限制了激光束的质量和稳定性，不符合对便携设备低功耗要求的应用场景，对于一些需要长时间工作的应用，功耗高也会限制设备的续航能力。

3、此外，在医疗领域，对于儿童眼科手术中，多采用单模激光的激光扩束器进行治疗，术中会带来视网膜穿孔的风险。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种小型化可连续变倍的激光扩束系统，使用少量透镜的组合既可以实现单模光，又可以实现多模光的直径由小倍数至大倍数的连续变倍，能够在保持激光无焦状态的同时实现紧凑的激光扩束系统设计，尤其应用在治疗儿童眼部视网膜母细胞瘤（rb肿瘤）的设备中，不但解决了多模光发散严重在术中造成视网膜穿孔的问题，而且减小了激光扩束系统的体积，进一步降低了生产成本。本发明提供了一种小型化可连续变倍的激光扩束系统，包括：第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第一透镜、第二透镜和第三透镜沿入射光束的传输方向从入光侧至出光侧方向依次排列；

2、优选的，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜位于同一光轴；

3、所述第一透镜沿入射光束的传输方向设置在光轴的一侧，所述第三透镜固定设置在光轴的另一侧，所述第二透镜设置在所述第一透镜和所述第三透镜之间；

4、本发明的一个实施例中，将单模或多模激光光束依次透过所述第一透镜、第二透镜和第三透镜后完成扩束过程；所述激光扩束系统可将单模或多模激光光束的直径连续变倍扩束，输出与所述单模或多模激光光束平行的光束；

5、进一步的，所述与所述单模或多模激光光束平行的光束的波长为600-860nm；本发明的一个实施例中，所述第一透镜为双凹面镜，包括曲面一s1和曲面二s2，所述曲面一s1为入光侧，所述曲面二s2为出光侧；如图1；所述曲面一向着光线的入射方向弯曲，所述曲面二背向光线的入射方向弯曲；

6、所述第二透镜为平凹透镜，包括平面一s3和曲面三s4；所述平面一s3为入光侧，所述凹面三s4为出光侧；所述曲面三背向光线的入射方向弯曲；

7、所述第三透镜为平凸透镜，包括平面二s5和曲面四s6，所述平面二s5为入光侧，所述曲面四s6为出光侧；所述曲面四向着光线的入射方向弯曲；

8、本发明的一个实施例中，所述第一透镜l1沿入射光束的传输方向移动；

9、所述第二透镜l2沿入射光束的传输方向在第三透镜的入光侧与第一透镜的出光侧之间移动；

10、所述第三透镜l3固定在入射光束上；

11、优选的，所述第二透镜与所述第一透镜在光轴上进行相反方向的移动，实现激光扩束的连续变倍；如图3；

12、本发明一个实施例中，选择单模光或多模光作为初始光束，即平行光束一，所述平行光束一入射第一透镜l1，依次穿过所述曲面一s1和曲面二s2发生折射得到折射光束一，所述折射光束一进入第二透镜l2， 依次经过平面一s3和曲面三s4进行再次折射后得到折射光束二，所述折射光束二进入第三透镜l3，依次经平面二s5和曲面四s6调节成后得到平行光束二；所述平行光束二为可连续变倍的平行光束；

13、本发明入射至系统的初始平行光束通过第一透镜，由于第一透镜是一块凹透镜，折射后发生发散，起到变倍的作用，发散至第二透镜，由于第二透镜是一块凹透镜，折射后会将光斑的发散角发散的更大（更远离光轴），此时的发散角与光轴交汇的地方正好为第三透镜的焦点，起到补偿的作用，故当光束由第三块透镜折射后形成平行光出射；如图1-2。

14、本发明通过三个透镜组合把多模光进行准直调控成平行光，解决了多模光严重的发散情况，输出符合要求的光斑大小，减小了激光扩束系统的体积，而且本发明三个透镜组合不但适用于单模光，而且适用于多模光，尤其适用于多模光，多模光在入射至第一透镜前光斑非常大，经第一透镜和第二透镜进行多次折射后经第三透镜射出，得到与初始光束平行的光束，经过本发明的激光扩束系统进行调控得到符合要求的光束。

15、优选的，所述第一透镜为负光焦度透镜；所述第二透镜为负光焦度透镜；所述第三透镜为正光焦度透镜；

16、进一步的，所述第一透镜为负光焦度玻璃球面镜片；所述第二透镜为负光焦度的玻璃球面镜片；所述第三透镜为正光焦度玻璃球面镜片；

17、进一步的，所述第一、二和三透镜的折射率为1.47-1.70；

18、所述第一透镜的曲面一s1和曲面二s2的曲率半径均为5.64~9.34mm，所述第二透镜的曲面三s4的曲率半径为11.28~16.8mm，所述第三透镜的曲面四s6的曲率半径范围为14.1~21mm；

19、更进一步，所述第一透镜的曲面一s1和曲面二s2的的曲率半径为9.30mm，所述第二透镜的曲面三s4的曲率半径为12.40mm，所述第三透镜的曲面四s6的曲率半径为15.5mm；

20、本发明的一个实施例中，设置第一透镜的焦距满足条件，第二透镜的焦距满足条件和第三透镜的焦距满足条件；

21、基于所述第一、二、三透镜的焦距满足条件，调整第二透镜与第三透镜在光轴上的间距和第一透镜与第三透镜在光轴上的间距离，实现入射光束的连续变倍；

22、具体地，第二透镜与第三透镜在光轴上的间距为x1；第一透镜与第三透镜在光轴上的间距离为x2；

23、所述第一透镜的焦距满足条件为：|f1|<x1，其中，所述f1为第一透镜有效焦距；

24、所述第二透镜的焦距满足条件为：|f2|<x2，f2为第二透镜有效焦距；

25、所述第三透镜的焦距满足条件为：（x2-x1）<|f3|<x2，其中，f3为第三透镜焦距；

26、进一步的，所述第一透镜有效焦距f1、第二透镜有效焦距f2和第三透镜有效焦距f3的比例关系为：-1：-4:5；

27、更进一步，所述第一透镜有效焦距f1=-6 mm，第二透镜有效焦距f2=-24 mm，第三透镜有效焦距f3=30 mm；

28、所述第二透镜与第三透镜在光轴上的间距x1<第一透镜与第三透镜在光轴上的间距离x2<120mm。

29、本发明限定了第二透镜到第三透镜的距离与第一透镜到第三透镜距离，进一步限定了激光扩束系统的整体长度，实现了系统整体小型化和薄型化。

30、本发明一个实施例中，实现入射光束的连续变倍具体包括：

31、利用激光扩束系统获得初始平行光束，将第二透镜向第三透镜的入光侧移向（即，缩小第二透镜与第三透镜在光轴上的间距），所述第一透镜以与第二透镜的移动方向相反的方向移动（即增大所述第一透镜与第三透镜在光轴上的间距），初始平行光束进行大倍数变倍；

32、将第二透镜向第一透镜出光侧移动（即，增大第二透镜与第三透镜在光轴上的间距），所述第一透镜向第二透入光侧移动（即，缩小第一透镜与第三透镜在光轴上的间距），初始平行光束进行小倍数变倍；如图4-5；

33、进一步的，所述连续变倍的倍数为7~25倍。

34、本发明一个实施例中，还包括，一种小型化可连续变倍的激光扩束系统的应用；

35、具体地，所述小型化可连续变倍的激光扩束系统应用在经瞳孔温热疗法（ttt手术）的激光适配器扩束部分；

36、进一步的，所述小型化可连续变倍的激光扩束系统应用在治疗儿童眼部视网膜母细胞瘤（rb肿瘤）的设备中；

37、更进一步，所述小型化可连续变倍的激光扩束系统的工作波长为600-850nm，既适用于单模光又适用于多模光，应用于治疗儿童眼部视网膜母细胞瘤（rb肿瘤）的设备中，可显著提高患儿的保眼率，避免造成视网膜穿孔。

38、本发明设置了第一透镜的焦距满足条件、第二透镜的焦距满足条件和第三透镜的焦距满足条件，限定了第一、二和三透镜光焦度的取值范围，可以提升小距离激光扩束的扩束倍数，减小激光束口径。

39、本发明技术方案中入射至系统的初始平行光束通过第一透镜，由于第一透镜是一块凹透镜，折射后发生发散，发散至第二透镜时，由于第二透镜是一块凹透镜，折射后会将光斑的发散角发散的更大（更远离光轴），此时的发散角与光轴交汇的地方正好为第三透镜的焦点，故当光束由第三块透镜折射后形成平行光出射；如图1-2。

40、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：

41、（1）本发明的激光扩束系统结构简单，易于制造，有利于实现小型化和薄型化；

42、（2）本发明采用第一透镜和第二透镜移动的方式，实现对激光光束直径的在小倍数到大倍数（7~25倍）之间的连续变倍调节；

43、（3）本发明分别选用负、负、正光焦度玻璃球面镜片组合实现变倍，能够有效缩短系统长度，减小系统整体激光扩束口径大小，有利于控制光学系统镜片数量和整体尺寸，并有效地降低成本；

44、（4）本发明选择三个透镜组合设计激光扩束系统，应用在治疗儿童眼部视网膜母细胞瘤（rb肿瘤）的设备中，解决了多模光发散严重在术中造成视网膜穿孔的问题。