摘要
蓝光线结构光由于波长短、能量集中、传输损耗低等优势在三维成像、激光测距等领域有着重要的应用前景。蓝光线结构光系统中通常采用激光器二极管作为光源，其输出的激光发散角一般比较大，同时快轴与慢轴两个方向的发散角不同，因此在其出射的光束通常不能直接使用，利用大数值孔径的自聚焦透镜有着高耦合效率、能量利用率高等优点，可以设计特定自聚焦透镜对激光器二极管的光束进行准直整形。本文针对蓝色单管半导体激光器设计了一套可以产生线结构光的系统，系统主要由三部分组成:单管自聚焦透镜或三自聚焦透镜组用于产生平行或远聚焦光束、柱透镜用于产生线结构光与体布拉格光栅用于减小光束宽度以及滤去杂光。本文对自聚焦透镜的数值孔径、长度等边界条件，体布拉格光栅的波长选择性、角度选择性等参数进行了模拟计算。本文在实验中针对一款快轴半功率角为23°的商用蓝光二极管设计了对应的线结构光系统，最终得到在5.5m处束宽为0.48mm、在5.5±0.5m范围内束宽低于0.60mm的线结构光输出，实验表明系统可以在长距离的一段约0.5m的景深内实现光束宽度更小的结构光束，该方案得到的结果优于传统商用线结构光产品，因此可以为线结构光测量方案的选择提供了新的思路。实验中发现其中布拉格光栅滤去的是大部分的杂散光与角度偏差较大的光束，制约束宽进一步变小的因素应该是在自聚焦透镜的离子交换工艺，当交换出更接近理想折射率分布曲线的自聚焦透镜会使线结构光系统产生束宽更小。
NETL