1. 研究目的与意义（文献综述）

准直光学系统是一种常见的光学结构，而其中激光准直就是一种高精度的准直方法。激光准直技术在国外已经发展的较成熟了，国内的发展状况就相对小落后一点。但也因此国内看到了激光准直技术的巨大应用前景，其发展趋势在近几年得到了明显的加快。由60年代单纯的激光准直技术，到80、90年代的自动激光准直技术，再到当今的激光变焦准直技术，激光准直技术已经得到了长足的发展。在国内，同济大学研制的一款Φ300htm激光扩束器, 是具有大口径、高倍率特点的哈特曼扩束器。该系统总长950mm, 通光口径为Φ300mm, 扩束比为30×;武汉巍腾科技有限公司研发的vis-nir 56c-30系列的电动变焦激光扩束镜可实现1×~4×或2×~8×的连续变焦, 系统像差小于λ/4;在国外，cvimg公司研发的lbv系列激光变焦扩束系统, 可实现2.5×~10×的变倍比, 系统像差小于λ/10。

在传统的准直方法中，由于准直光源问题，总是会存在诸如光束能量发散、光束的传输方向不定和光束不是单色光等问题，使得传统的准直技术的准直效果都不是很好。而在激光准直技术中，这些问题就被完美解决了。激光具有光束能量集中、方向性好和单一波长等优点，可以使准直系统的精度等性能提高一大台阶。而且，传统的准直技术大多都只是应用于光学领域，但是激光准直系统由于光源是激光的原因，可以应用于测量大型工程中，进一步扩大了准直系统的应用领域。因此，与传统的准方法相比，激光准直技术具有不可比拟的优越性。

对于精密的激光准直方法而言，关键在于能够尽可能的提供一条具有较高时空稳定性的空间理想直线为基准，并在此之上精确测出被测点和理想直线的偏差。在当下，随着科技的日新月异，精密器件的生产和设计对准直系统的性能要求也提高了。要求准直系统的扩束倍数更大且具有可调性，系统的准直精度要更进一个量级等。因此，研发高倍率的激光准直系统对激光在精确仪器方面的应用有着重要的意义。利用光学设计软件codev对实验用激光扩束系统进行仿真设计，并根据现有的实验条件进行实验。研究结果可为激光准直系统的应用提供一定参考价值。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：激光准直系统主要是扩展激光束的直径和减小激光束的发散角，常用于激光雷达、激光测距、建筑监测和远距离照明等应用中。其设计原理是从激光器输出的激光束的光斑尺寸和发散角乘积是光学不变量。本次论文准备利用光学设计软件code v对激光扩束系统进行设计，完成理论仿真，并在仿真结果良好的情况下进行实验，在仿真和实验中都取得一个良好的激光准直系统。

技术方案：本次设计所采用的仿真软件是code v，利用codev对激光扩束系统进行设计，完成理论仿真，再结合实验室现有的实验条件完成实验用激光准直系统的测量实验，并进行验证分析。我先获取到一束平行出射的单横模氦氖激光，然后通过望远镜扩束系统得到扩束后的出射光束，这便是准直的基准线的待测的激光。实验时，拟采用在激光平行光束的后方放置一个四象光电探测器，当平行光束偏离光电探测器中心时，便会产生偏差电压，从而知道偏差的大小和方向。但由于器件的缺少，因此用坐标纸代替光电探测器，大致判断出射光的准直状况。其原理图如下图1所示。

图1 激光准直系统原理图

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解激光准直系统理论和光学仿真的基本知识。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：明确高倍率激光准直系统的基本设计理论，利用光学设计软件codev完成理论仿真。

第9－13周：完成实验用激光准直系统的测量实验，并进行验证分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]严强,高椿明,生艳梅,陈霄,杨俊.led照明准直透镜结构优化设计[j].激光与光电子学进展,2013,112203:1-6.

[2]朱焯炜,苏宙平,陈国庆.led绿色照明及其非成像光学设计[j].物理通报, 2012,2:112-113.

[3]run hu, xiaobing luo, huai zheng, zong qin, zhiqiang gan, bulong wu, sheng liu.design of a novel freeform lens for led uniform illumination and conformal phosphor coating[j].optics express,2012,20(13):13727-13737.