一种利用全内反射棱镜阵列实现高通量虚拟狭缝的光学系统

摘要

本发明公开了一种利用全内反射棱镜阵列实现高通量虚拟狭缝的光学系统，包括：子午方向的前置短焦柱透镜、弧矢方向的前置长焦柱透镜、全内反射棱镜阵列、弧矢方向的后置长焦柱透镜以及子午方向的后置短焦柱透镜。圆形光纤端面输入的信号光分别经子午方向的前置短焦柱透镜和弧矢方向的前置长焦柱透镜准直后形成一个椭圆光斑，椭圆的长轴位于弧矢方向，短轴位于子午方向。椭圆光斑在弧矢方向经全内反射棱镜阵列分割后，将分割后的椭圆光斑旋转重排，再经弧矢方向的后置长焦柱透镜和子午方向的后置短焦柱透镜后，即可获得所需的高通量虚拟狭缝。本发明的光路简单，光能利用率高。

主权项

一种利用全内反射棱镜阵列实现高通量虚拟狭缝的光学系统，其特征在于：由子午方向的前置短焦柱透镜、弧矢方向的前置长焦柱透镜、全内反射棱镜阵列、弧矢方向的后置长焦柱透镜、子午方向的后置短焦柱透镜组成；－子午方向的前置短焦柱透镜，所述子午方向的前置短焦柱透镜的物方焦面位于圆形输入光纤的端面；－弧矢方向的前置长焦柱透镜，所述弧矢方向的前置长焦柱透镜位于子午方向的前置短焦柱透镜之后，且其物方焦面也位于圆形输入光纤的端面；－全内反射棱镜阵列，所述全内反射棱镜阵列位于弧矢方向的前置长焦柱透镜之后，且其垂直输入面与弧矢方向的前置长焦柱透镜的光轴垂直；－弧矢方向的后置长焦柱透镜，所述弧矢方向的后置长焦柱透镜位于全内反射棱镜阵列的垂直输出面之后，且其光轴与全内反射棱镜阵列的垂直输出面垂直；－子午方向的后置短焦柱透镜，所述子午方向的后置短焦柱透镜位于弧矢方向的后置长焦柱透镜之后，且其像方焦面与弧矢方向的后置长焦柱透镜的像方焦面重合；所述弧矢方向的前置长焦柱透镜与子午方向的前置短焦柱透镜的焦距之比以及全内反射棱镜阵列中棱镜的数目N均等于对圆形输入光纤端面圆形光斑的压窄倍率；所述弧矢方向的后置长焦柱透镜与子午方向的后置短焦柱透镜的焦距之比等于弧矢方向的前置长焦柱透镜与子午方向的前置短焦柱透镜的焦距之比，以保证获得的高通量虚拟狭缝在子午方向和弧矢方向上的数值孔径均与圆形输入光纤端面输入信号光的数值孔径相同；所述子午方向的前置短焦柱透镜和弧矢方向的前置长焦柱透镜分别用于对圆形输入光纤端面输入的信号光在子午方向和弧矢方向进行准直，准直后获得一个长轴在弧矢方向、短轴在子午方向的椭圆光斑；所述全内反射棱镜阵列中单个棱镜的工作面包括：垂直输入面、第一全反射面、第二全反射面以及垂直输出面；其中，垂直输入面的有效工作区是第一全反射面在垂直输入面上投影的区域，该投影区域为正方形，且正方形边长应为入射椭圆光斑长轴方向宽度的1/N，N为棱镜阵列中棱镜的数目，第一全反射面与第二全反射面均与棱镜底面成45°角，但第一全反射面与入射光轴的垂线平行，而第二全反射面与入射光轴平行，以使入射光经过这两个反射面后发生90°偏转，棱镜的折射率应能使信号光在45°角入射时发生全反射。