半导体激光光幕的平行性和均匀性研究

光能量分布的均匀程度对测量精度有较大的影响，主要表现在：一是如果光幕面内光能量较小，就不足以使光电探测器响应；二是光幕面内光能分布不均匀使得计时误差较大，直接影响测量精度。文中以红光点状光斑半导体激光器作为发射光源，通过鲍威尔棱镜和菲涅尔透镜等光学系统的组合，实现了出射光幕的均匀性和平行性。所形成的均匀平行光幕不但可以提高测量精度，而且可以对光幕进行拼结，实现超大光幕的形成。这对以前的小面积光幕是一个很大的突破，并且可以对过去所使用的同类设备产品进行进一步的改进。 

1.光学系统分析 

1.1.鲍威尔棱镜 

鲍威尔棱镜(Powell lens)是一种光学划线棱镜，它使1mm激光束通过非球面透镜最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线。鲍威尔棱镜划线优于柱面透镜划线模式，能消除高斯光束的中心热点和褐色边缘分布。应用范围主要是：激光划线器、机加工划线定位、建筑标线定位、激光扫描系统。其原理图如图1所示。

当约1mm的准直激光光束打到鲍威尔棱镜的棱上时，由放大部分可以看出，棱是圆弧状的，光线入射后发生折射，折射角主要由两个棱面所构成的角度决定，最后经过出射面时再发生一次折射，整个出射光线形成一道扇形光幕。 

1.2菲涅尔透镜 

菲涅尔透镜(Fresnel lens)是一种精密的光学系统，它是根据对接收灵敏度和接收角度的要求设计制造的，通常由聚乙烯材料注塑成薄纹片，再刻上精细的镜面和纹理。其技术精度要求甚高，优质透镜必须纹理清晰、表面光洁、厚度在0.65mm左右。红外光的透过率应大于65%。与传统的光学玻璃透镜相比，菲涅尔透镜具有重量轻，材料来源丰富，成本低，制作方便，口径大，厚度薄等特点。 

实验中利用了菲涅尔透镜的平行聚焦特性，让点光源从菲涅尔透镜的焦点发射，经过它之后形成一道平行光幕，如图2。