一种宽带光源的制作方法

本发明属于工业视觉的光源领域，尤其是激光驱动等离子体光源，具体涉及一种宽带光源。

背景技术：

1、半导体检测、光学标定、精密光学检测及生化光谱分析等领域，对宽波段、高亮度、高稳定性激光驱动光源需求迫切。激光驱动光源具备紫外-可见-红外超宽连续光谱、稳定性好、寿命长等优势，已逐步替代传统灯光源，广泛应用于高精度光学检测场景。随着检测设备持续向小型化、集成化方向发展，行业要求光源在保留大na泵浦、高激光利用率、高饱和阈值、高亮度输出的基础上，进一步提升整机紧凑度、降低出光高度、提升空间适配能力。

2、当前主流高亮度激光驱动光源普遍采用大数值孔径泵浦及大角度收光结构，有效提升了激光聚焦效率、能量利用率与光源饱和阈值，解决了传统小na光源亮度不足、光效偏低的缺陷，可满足高精度检测的基础发光需求。

3、但现有大na光源光路结构设计固化，为保证大角度泵浦与大立体角收光效果，需预留较大结构冗余与器件安装间距，光学布局松散、空间利用率低，导致整机体积大、集成度低、出光窗口高度偏高，难以适配小型化嵌入式设备及狭小空间集成场景，光源应用范围受到较大限制。

4、而现有紧凑型光源方案，大多通过缩减泵浦角度、牺牲泵浦na实现小型化，虽整机体积减小，但会造成激光利用率下降、饱和阈值降低、等离子体激发不充分、输出亮度衰减等问题，无法兼顾大na泵浦、大na收光、高亮度与小型紧凑结构的多重需求。

5、此外，申请人自有方案中的一种是将球面反射镜置于椭球镜后，两者同侧布置，但玻璃椭球镜透射广谱光线过程中易引入波前像差、导致光束波前畸变、降低外部收集光路适配性的问题（以上并不一定是现有技术，而仅作为背景技术介绍）。

6、综上，目前行业缺少一款可完全保留大na高效泵浦、大立体角高效收光、高饱和阈值、高亮度输出优势，同时具备光路高度紧凑、低畸变、低出光高度、适配范围广的激光驱动光源，且能减少波前像差引入等问题的光源，难以适配高端微型化、集成化检测设备的发展需求。

7、因此，研发该类新型紧凑型高亮度激光驱动光源，具备重要的工程应用价值与市场意义。

技术实现思路

1、为解决传统大na激光驱动光源难以同时兼顾全域无损耗泵浦、超大角度全域收光、紧凑结构、出光畸变的技术瓶颈，本发明提出一种宽带光源。

2、设计原理：本发明在保留大数值孔径泵浦、大立体角收光、高激光利用率、高饱和阈值及紧凑化光路布局的基础上，对核心泵浦聚焦器件椭球反射镜的材质与光学膜系进行全新优化设计，此外，椭球反射镜与球面反射镜对侧设置，增设一个像差矫正板，即可同时实现超大na激光泵浦与超大na广谱收光，简化光路结构、提升光源输出亮度与结构集成度，有效解决现有技术无法兼顾高泵浦性能、高收光效率与极简紧凑结构的技术痛点，且解决玻璃椭球镜透射广谱光线过程中易引入波前像差、导致光束波前畸变、降低外部收集光路适配性的问题。

3、一种宽带光源，包括激光泵浦模块、光束整形模块、光源腔室、分光式玻璃椭球镜、灯泡、球面反射镜、高压驱动模块以及光源输出窗口；分光式玻璃椭球镜与光源输出窗口同侧布置，在分光式玻璃椭球镜对向侧对应设置球面反射镜；在分光式玻璃椭球镜与光源输出窗口之间设置一个像差矫正板，用于对分光式玻璃椭球镜的畸变光束波前进行矫正，以此抵消椭球镜透射过程产生的系统像差。

4、进一步的，分光式玻璃椭球镜采用光学玻璃作为椭球反射镜基底，并在镜面镀制光谱选择性介质膜；分光式玻璃椭球镜前侧朝向灯泡聚光，像差矫正板设置在分光式玻璃椭球镜背侧；分光式玻璃椭球镜构建激光高反加广谱光高透的分光光路。

5、进一步的，分光式玻璃椭球镜的光谱选择性介质膜包括中部的光谱高透膜和外周的激光高反膜；对光束整形模块整形后输出的激光光束全射向激光高反膜，并反射汇聚至灯泡的中心区域；对灯泡的等离子体发出的光谱光线中的一路选定有效波段光线直接透射光谱高透膜，灯泡的光谱光线中的另一路先直接照射向球面反射镜，球面反射镜将该部分光谱光线折返反射向分光式玻璃椭球镜的光谱高透膜；经光谱高透膜后的光谱光线通过后续像差矫正板光学矫正后由同侧布置的光源输出窗口直接出射。

6、进一步的，分光式玻璃椭球镜结合球面反射镜构建全角度光线收集输出，全角度光线收集输出包括直接透射输出光路和折返透射输出光路两路光路输出路径；直接透射输出光路为：等离子体产生的有效波段光线直接透射穿过分光式玻璃椭球镜，经后续像差矫正板光学矫正后由同侧布置的光源输出窗口直接出射；折返透射输出光路为：等离子体背向辐射的光线入射至对侧布设的球面反射镜，由球面反射镜精准原路折返，再次穿过等离子体发光区域后透射经过分光式玻璃椭球镜，经后续像差矫正板光学矫正后由同侧布置的光源输出窗口直接出射。

7、进一步的，激光泵浦模块包括激光器和光路耦合镜组，用于向光源腔室内提供激光光束。

8、进一步的，光束整形模块包括衍射光学元件、光阑、空间光调制器和微镜阵列。

9、进一步的，高压驱动模块连接至灯泡的两电极，通过电极对灯泡内部施加高压，使灯泡中心填充工作气体发生预电离形成等离子体发光区域；通过分光式玻璃椭球镜聚焦出射的泵浦激光持续对等离子体进行激励，使等离子体产生覆盖紫外、可见光、红外波段的广谱连续光谱光线。

10、进一步的，光源腔室的光源输出窗口处嵌设输出窗口片，输出窗口片采用平板玻璃或弧面玻璃。输出窗口片的玻璃面上镀制增透膜。

11、相比现有技术，本申请创新性的采用玻璃基底光谱选择性介质膜椭球反射镜替代传统金属镀铝反射镜，突破传统反射镜仅能单一反射泵浦光的局限，利用介质膜的光谱分频特性，实现泵浦激光高反、目标广谱光高透的分光工作机制。本发明无需对椭球反射镜开孔，完整保留椭球镜超大角度接收范围，保证泵浦光路全程超大na无损耗，同时利用椭球镜透光特性搭配后置球面反射镜构建折返收光通路，形成正向直通+背向折返的全域双路收光体系，在不增加光路结构复杂度的前提下，实现泵浦na与收集na双重最大化，解决了传统结构要么牺牲泵浦性能换收光效率、要么收光角度受限亮度难以提升的固有矛盾。同时，椭球反射镜与球面反射镜对向设置，提高了结构规整度，且设置像差矫正板进行畸变校正来低效系统像差，出射光线质量高，大幅提升设备小型化与空间适配能力，可广泛适配半导体精密检测、传感器高精度标定、嵌入式集成检测设备及生化光谱分析等多类场景，适用范围更广，工程实用性更强。

1.一种宽带光源，其特征在于，宽带光源包括激光泵浦模块、光束整形模块（9）、光源腔室（4）、分光式玻璃椭球镜（1）、灯泡（2）、球面反射镜（7）、高压驱动模块以及光源输出窗口；

2.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：分光式玻璃椭球镜（1）采用光学玻璃作为椭球反射镜基底，并在镜面镀制光谱选择性介质膜；分光式玻璃椭球镜（1）前侧朝向灯泡（2）聚光，像差矫正板（8）设置在分光式玻璃椭球镜（1）背侧；分光式玻璃椭球镜（1）构建激光高反加广谱光高透的分光光路。

3.根据权利要求2所述的宽带光源，其特征在于：分光式玻璃椭球镜（1）的光谱选择性介质膜包括中部的光谱高透膜和外周的激光高反膜；对光束整形模块（9）整形后输出的激光光束（5）全射向激光高反膜，并反射汇聚至灯泡（2）的中心区域；对灯泡（2）的等离子体发出的光谱光线中的一路选定有效波段光线直接透射光谱高透膜，灯泡（2）的光谱光线中的另一路先直接照射向球面反射镜（7），球面反射镜（7）将该部分光谱光线折返反射向分光式玻璃椭球镜（1）的光谱高透膜；经光谱高透膜后的光谱光线通过后续像差矫正板（8）光学矫正后由同侧布置的光源输出窗口直接出射。

4.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：分光式玻璃椭球镜（1）结合球面反射镜（7）构建全角度光线收集输出，全角度光线收集输出包括直接透射输出光路和折返透射输出光路两路光路输出路径；直接透射输出光路为：等离子体产生的有效波段光线直接透射穿过分光式玻璃椭球镜（1），经后续像差矫正板（8）光学矫正后由同侧布置的光源输出窗口直接出射；折返透射输出光路为：等离子体背向辐射的光线入射至对侧布设的球面反射镜（7），由球面反射镜（7）精准原路折返，再次穿过等离子体发光区域后透射经过分光式玻璃椭球镜（1），经后续像差矫正板（8）光学矫正后由同侧布置的光源输出窗口直接出射。

5.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：激光泵浦模块包括激光器（10）和光路耦合镜组，用于向光源腔室（4）内提供激光光束（5）。

6.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：光束整形模块（9）包括衍射光学元件、光阑、空间光调制器和微镜阵列。

7.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：分光式玻璃椭球镜（1）的横向接收角度为180°。

8.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：灯泡（2）为高压密封灯泡，灯泡内填充工作气体。

9.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：高压驱动模块连接至灯泡（2）的两电极，通过电极对灯泡（2）内部施加高压，使灯泡中心填充工作气体发生预电离形成等离子体发光区域；通过分光式玻璃椭球镜（1）聚焦出射的泵浦激光持续对等离子体进行激励，使等离子体产生覆盖紫外、可见光、红外波段的广谱连续光谱光线。

10.根据权利要求1所述的宽带光源，其特征在于：光源腔室（4）的光源输出窗口处嵌设输出窗口片（3），输出窗口片（3）采用平板玻璃或弧面玻璃。