專利名稱：將高斯光束整形為平頂光束的裝置和方法
技術領域：
本發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束鏡對高斯光束進行 光束匹配，在裝置后端添加兩組擴束鏡，使平頂光束能夠遠場傳播而不致使光束質量變差。 該裝置屬于激光光學領域。
背景技術：
在激光的許多實際應用中，例如激光全息、激光材料加工、激光醫療等領域，常要 求光強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 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、振幅調制光柵、相位型光束整形、衍射光學元件、微透鏡陣列整形、雙折射透鏡組、液晶 空間光調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 構簡單，整形效果好，實現相對容易。在以往的非球面鏡整形裝置中，一組非球面鏡只能對特定束腰半徑的高斯光束進 行整形，靈活性不高，因此，我們采用了可變倍擴束鏡組先對輸入高斯光束進行擴束，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一定孔徑范圍內的任意束腰半徑 的高斯光束進行整形；另外，從非球面鏡組輸出的平頂光束如果不經過擴束，光束質量會隨 著傳播距離的增加迅速變差，因此，我們在非球面鏡組的輸出端又采用了兩組定倍擴束鏡， 這樣能在裝置的輸出端得到光強分布均勻性好的平頂光束。
發明內容
本發明的目的在針對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量變差的問題，在非球面鏡組的前端采用 了連續可調的可變倍擴束鏡，可將一定孔徑范圍內的任意束腰半徑的高斯光束擴束或縮束 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束鏡，能保 持平頂光束的光束質量在較好的條件下傳播更遠。為實現上述目的，本發明采取了如下技術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，依次為可變倍擴束鏡組、非球面鏡組、倒置定倍 擴束鏡組、正置定倍擴束鏡組；所述的可變倍擴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束鏡，或伽利略型擴束鏡，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；所述的倒置定倍擴束鏡組和正置定倍擴束鏡組為開普勒型擴束鏡，或伽利略型擴 束鏡，兩者類型任意搭配。
所述的可變倍擴束鏡組中，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移動量分別為
權利要求
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 為可變倍擴束鏡組、非球面鏡組、倒置定倍擴束鏡組、正置定倍擴束鏡組；所述的可變倍擴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束鏡，或伽利略型擴束鏡，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；所述的倒置定倍擴束鏡組和正置定倍擴束鏡組為開普勒型擴束鏡，或伽利略型擴束 鏡，兩者類型任意搭配。
2.權利要求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)移動量分別為
全文摘要
本發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，依次為可變倍擴束鏡組、非球面鏡組、倒置定倍擴束鏡組、正置定倍擴束鏡組。在前端，采用可變倍擴束鏡可先對任意腰斑半徑的輸入高斯光束進行擴束匹配，然后再輸入到非球面鏡組，得到只能近場傳播的平頂光束。為了得到光束質量很好的能夠遠場傳播的的平頂光束，接著用一組倒置定倍擴束鏡進行擴束，遠場傳播一段距離后，然后再進行縮束，這樣能在系統的輸出端得到光強分布均勻性好的平頂光束。該裝置靈活性很高，可控性好，能對任意腰斑半徑的高斯光束進行擴束，同時克服了平頂光束直接從非球面組出來后光束質量會變差的問題。
文檔編號G02B27/09GK102135665SQ20111008263
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者李港, 陳凱, 陳檬 申請人:北京工業大學