專利名稱：將高斯光束整形為平頂光束的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種將激光光束整形為平頂光束的裝置和方法，可將一定孔徑范圍內(nèi)的 任意腰斑半徑的高斯光束整形為平頂光束，在裝置前端采用可變倍擴(kuò)束鏡對(duì)高斯光束進(jìn)行 光束匹配，在裝置后端添加兩組擴(kuò)束鏡，使平頂光束能夠遠(yuǎn)場(chǎng)傳播而不致使光束質(zhì)量變差。 該裝置屬于激光光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在激光的許多實(shí)際應(yīng)用中，例如激光全息、激光材料加工、激光醫(yī)療等領(lǐng)域，常要 求光強(qiáng)空間分布均勻的激光光束，而從激光器中直接出來的光束通常為高斯光束，而且對(duì) 于不同的激光器，束腰半徑是不相等的，因此需要通過激光光束整形裝置，才能將高斯光束 整形為光強(qiáng)均勻分布的平頂光束。光束的空間整形方法很多，利用非球面透鏡組、二元相 位、振幅調(diào)制光柵、相位型光束整形、衍射光學(xué)元件、微透鏡陣列整形、雙折射透鏡組、液晶 空間光調(diào)制器等均可將高斯光束整形為平頂光束。但相比較而言，非球面透鏡組的方法結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，整形效果好，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易。在以往的非球面鏡整形裝置中，一組非球面鏡只能對(duì)特定束腰半徑的高斯光束進(jìn) 行整形，靈活性不高，因此，我們采用了可變倍擴(kuò)束鏡組先對(duì)輸入高斯光束進(jìn)行擴(kuò)束，然后 再輸入到非球面鏡組。這樣，該激光整形裝置幾乎可以對(duì)一定孔徑范圍內(nèi)的任意束腰半徑 的高斯光束進(jìn)行整形；另外，從非球面鏡組輸出的平頂光束如果不經(jīng)過擴(kuò)束，光束質(zhì)量會(huì)隨 著傳播距離的增加迅速變差，因此，我們?cè)诜乔蛎骁R組的輸出端又采用了兩組定倍擴(kuò)束鏡， 這樣能在裝置的輸出端得到光強(qiáng)分布均勻性好的平頂光束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在針對(duì)一種非球面整形裝置只能整形一定腰斑半徑的高斯光束和 平頂光束從非球面鏡直接出來傳播一段距離后質(zhì)量變差的問題，在非球面鏡組的前端采用 了連續(xù)可調(diào)的可變倍擴(kuò)束鏡，可將一定孔徑范圍內(nèi)的任意束腰半徑的高斯光束擴(kuò)束或縮束 為與非球面鏡組所要求的輸入高斯光束束腰即匹配。在后端采用了兩組定倍擴(kuò)束鏡，能保 持平頂光束的光束質(zhì)量在較好的條件下傳播更遠(yuǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案一種將高斯光束整形為平頂光束 的裝置，其特征在于該裝置由四部分組成，依次為可變倍擴(kuò)束鏡組、非球面鏡組、倒置定倍 擴(kuò)束鏡組、正置定倍擴(kuò)束鏡組；所述的可變倍擴(kuò)束鏡組由三片透鏡組成，依次為平凸鏡II、平凹鏡2、平凸鏡113 ；所述的非球面鏡組為開普勒型擴(kuò)束鏡，或伽利略型擴(kuò)束鏡，開普勒型非球面鏡由2 片非球面面形不同的平凸非球面鏡組成，伽利略型非球面鏡由1片平凹非球面鏡與1片平 凸非球面鏡組成；所述的倒置定倍擴(kuò)束鏡組和正置定倍擴(kuò)束鏡組為開普勒型擴(kuò)束鏡，或伽利略型擴(kuò) 束鏡，兩者類型任意搭配。
所述的可變倍擴(kuò)束鏡組中，固定平凹鏡2，平凸鏡Il與平凹鏡2的距離d12、平凸鏡 Il與平凹鏡2的距離d23，平凸鏡II、平凸鏡113移動(dòng)量分別為
權(quán)利要求
1.一種將高斯光束整形為平頂光束的裝置，其特征在于該裝置由四部分組成，依次 為可變倍擴(kuò)束鏡組、非球面鏡組、倒置定倍擴(kuò)束鏡組、正置定倍擴(kuò)束鏡組；所述的可變倍擴(kuò)束鏡組由三片透鏡組成，依次為平凸鏡1(1)、平凹鏡O)、平凸鏡 11(3)；所述的非球面鏡組為開普勒型擴(kuò)束鏡，或伽利略型擴(kuò)束鏡，開普勒型非球面鏡由2片 非球面面形不同的平凸非球面鏡組成，伽利略型非球面鏡由1片平凹非球面鏡與1片平凸 非球面鏡組成；所述的倒置定倍擴(kuò)束鏡組和正置定倍擴(kuò)束鏡組為開普勒型擴(kuò)束鏡，或伽利略型擴(kuò)束 鏡，兩者類型任意搭配。
2.權(quán)利要求1所述的一種將高斯光束整形為平頂光束的裝置的整形方法，其特征在 于所述的可變倍擴(kuò)束鏡組中，固定平凹鏡O)，平凸鏡I(I)與平凹鏡O)的距離d12、平凸 鏡I(I)與平凹鏡⑵的距離d23，平凸鏡1(1)、平凸鏡II (3)移動(dòng)量分別為
全文摘要
本發(fā)明專利公開了一種將高斯光束整形為平頂光束的裝置和方法。該裝置主要由四部分組分，依次為可變倍擴(kuò)束鏡組、非球面鏡組、倒置定倍擴(kuò)束鏡組、正置定倍擴(kuò)束鏡組。在前端，采用可變倍擴(kuò)束鏡可先對(duì)任意腰斑半徑的輸入高斯光束進(jìn)行擴(kuò)束匹配，然后再輸入到非球面鏡組，得到只能近場(chǎng)傳播的平頂光束。為了得到光束質(zhì)量很好的能夠遠(yuǎn)場(chǎng)傳播的的平頂光束，接著用一組倒置定倍擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，遠(yuǎn)場(chǎng)傳播一段距離后，然后再進(jìn)行縮束，這樣能在系統(tǒng)的輸出端得到光強(qiáng)分布均勻性好的平頂光束。該裝置靈活性很高，可控性好，能對(duì)任意腰斑半徑的高斯光束進(jìn)行擴(kuò)束，同時(shí)克服了平頂光束直接從非球面組出來后光束質(zhì)量會(huì)變差的問題。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102135665SQ20111008263
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者李港, 陳凱, 陳檬 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)