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研究生: 廖志偉
Liao, Chih-Wei
論文名稱: 一種使用於大面積表面輪廓量測之光束擴束器設計
Design of a beam-expander for the large-area profile measurement
指導教授: 朱淑君
Chu, Shu-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 自由曲面透鏡照度均勻
外文關鍵詞: freefrom lens, uniform illumination
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  • 在許多雷射應用中需要特定的照度分佈來達到期待的光學要求,在過去的研究中有許多方法來達到雷射整型的目的,而幾何光學設計方法已經被證實是可行的。對於應用在表面輪廓量測的光束擴束器來說,要求的光場不只需要照度均勻,更希望目標面積可以越大越好;而經過準直的光束可以在使用上不受距離的限制,大大的提升了實用性。
    在本篇論文中,我們特別針對大範圍目標面來進行設計優化,產生準直且均勻的大面積光場,當中我們利用費馬原理(Fermat’s Law)和能量守恆的概念來達到我們的需求,最後再使用菲涅爾透鏡的概念讓透鏡做薄化設計,已達到便於生產與攜帶的方便性。與之前的研究相比,我們的照射面積可以達到數百個mm等級,而照度均勻度也可達到90%以上。

    In this article, a beam expander is designed to transform a Gaussian laser beam into a collimated and uniform large-area illumination. The system exploits two freeform lenses to reach the goal, and has a solution for the over-thickness of the lenses. To close out, it analyzes any possible errors we may find in the experiment in hopes of matching the numerical values we might get from the actual experiment.

    摘要............................................................................................................i 英文延伸摘要...........................................................................................ii 誌謝..........................................................................................................vii 目錄.........................................................................................................viii 圖目錄.......................................................................................................xi 第一章 緒論 1 1.1 簡介 1 1.2 歷史回顧 3 第二章 光束擴束器設計方法 5 2.1 雷射基本特性 5 2.2 無因次參數β與雷利距離 7 2.3自由曲面透鏡系統設計方法 11 2.3.1 透鏡M1的第一表面.......................................................12 2.3.2 透鏡M2的第二表面及透鏡M2的第一表面.................13 第三章 光束擴束器設計及驗證 17 3.1自由曲面透鏡的數值計算 17 3.2 設計實例 19 3.3 結果分析 24 3.4 誤差分析 27 3.4.1 光源放置傾角 27 3.4.2 光源放置位置 30 3.4.3 透鏡相對距離 33 3.4.4 透鏡橫向錯位 36 第四章 透鏡薄化設計 39 4.1 菲涅爾透鏡簡介 39 4.2 菲涅爾透鏡設計原理 41 4.3 菲涅爾透鏡設計範例 43 4.3.1 分段曲線法 43 4.3.2 最佳化分段曲線法 47 4.4 誤差分析 54 4.4.1 光源放置傾角 54 4.4.2光源放置位置 57 4.4.3透鏡相對距離 60 4.4.4 透鏡橫向錯位 63 第五章 結論與未來展望 66 5.1 結論 66 5.2 未來展望 67 參考文獻………...........................................…………………....................…….68 附錄一 Monte Carlo Ray Trace…………………………………….….....................69 附錄二求自由曲面透鏡的matlab程式碼….....................................……70

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    下載圖示 校內:2017-09-05公開
    校外:2017-09-05公開
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