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高斯光转平顶光束的不同办法

发布时间:2022-09-14 23:07:49 | 作者:火狐直播 点击量: 12
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  自第一台激光器诞生至今,激光因为其高单色性、高方向性、高亮度和高相干性等优于传统光源的特色,在工业加工、医疗、国防、科研等各个范畴发挥着越来越重要的作用。跟着激光在各个范畴的运用越发深化,关于激光功用的要求也越来越高。

  正常的激光是具有能量散布呈高斯散布的特色,中心能量高四周能量低,这就使得在某些运用中,这种能量散布的不均匀性会约束其的运用。比方激光焊接中,高斯光发生的焊缝是不均匀的;太阳能电池划片中,高斯光会损害资料基底;生物试验中,高斯光过强的中心能量会杀死中心区域的细胞等。因而,就诞生出了具有光强空间散布均匀特色的平顶光束,能消除高斯光在上述等运用中所带来的影响。

  最开端得到平顶光束的办法是加一个光阑,因为高斯光束中心区域是比较照较均匀的,用这种办法能够得到其间心比较均匀的部分。可是光阑会导致很高的能量丢失,并不是很好的解决计划。现在比较常见的高斯光转平顶光束的办法有衍射光学元件、非球面透镜组、微透镜阵列、多边形匀化棒、液晶空间光调制器等。

  本文会做一个不同光束整形和光束匀化计划的比照,因为衍射光学元件是现在最具发展前景的计划,所以会要点做介绍。

  衍射光学元件,Diffractive Optical Element,缩写为DOE。DOE是一种相位浮雕元件,它运用微结构来改动通过它们传达的光的相位,然后以各种办法操作它来创立形状和光斑,这些形状和光斑要么是运用折射光学的不同办法无法完成的,要么是需求非常杂乱、庞大和贵重的光学元件或体系。

  DOE是依据入射光场及出射光场的散布函数,计算出中心光学体系参数,并通过掩模加工,在光学元件外表刻蚀得到规划的图画。与传统的光学元件比较,DOE体积小、轻而薄,简单进行集成。此外还有如下长处:

  DOE一般是加工成多相位阶数的浮雕结构,依据加工次数的不同,有二阶、四阶、八阶和十六阶的器材,其间十六阶的DOE功率可达97%。

  衍射光学元件能够通过规划不同的槽宽、槽深以及槽型结构的改动发生恣意波面,有着更大的规划自由度,能够规划出许多传统光学元件不能做到或许过分冗杂的光学元件。

  DOE是在单色光中运用的,是一种色散元件,具有不同于惯例元件的色散特性。当其与折射光学体系运用时,能够一起纠正球差和色差。以惯例折射元件的曲面供给聚集功用,再使用外表的相位波带结构纠正像差。

  DOE是能够进行批量加工的,比方以色列holoor选用的半导体加工工艺,能够批量生产衍射光学元件,然后成为全球第一家供给商用衍射光学元件的企业。

  尽管DOE与传统光学元件比较有这么多长处,可是也存在着不足之处。比方它的规划办法愈加杂乱,元件制造难度大且本钱高。尽管如此,跟着规划办法的不断提高与加工工艺的改善,衍射光学元件的运用会越来越广泛。

  非球面镜光束整形是由两个非球面透镜组成,依据非球面透镜的相位调制作用进行整形。第一个非球面透镜对光束进行整形,第二个将整形后的光束准直。一般第一个非球面透镜是平凹透镜,所以结构上为伽利略式。非球面透镜组光束整形有着能量转化功率高,结构紧凑的长处。可是这种体系关于光束的适应性不强,关于单模高斯光的整形作用比较好。而激光器并不总是发射单模激光,关于多模激光,强度散布比较杂乱,有时乃至跟着时刻改变,所以非球面透镜组的作用就不是很好。

  另一方面,非球面镜光束匀化在生成准直平顶光方面有着杰出的功用。衍射光学元件因为其光学原理的约束,很难生成长间隔的准直平顶光。比方holoor的准直平顶光模组只要300mm长,而非球面透镜组能够做到上千毫米。德国asphericon GmbH的aTopShape模组,波长规模为320-2500nm,可生成长达3000mm的准直平顶光。下图显现了作业间隔为3000 mm时的强度散布。它的特色是ISO光束均匀度为0.1。

  微透镜阵列是由外表孔径为几微米到几百微米的小透镜规矩或许随机摆放组成。依据透镜形状能够分为圆形微透镜阵列、方形微透镜阵列、柱面微透镜阵列和六边形微透镜阵列等,还能够依据子单元面型分为折射式微透镜阵列和衍射式微透镜阵列。

  下图为常见的双微透镜阵列成像体系,使用第二片微透镜阵列对光束进行校对,使得入射光在通过第二片微透镜阵列今后平行于光轴。出射光线的出射方向是相同的,通过透镜会聚到同一个区域。

  除了上述这三种,多边形匀化棒、液晶空间光调制器、双折射透镜组等都能够用来发生平顶光。感兴趣的用户能够来电咨询,咱们公司在平顶光束整形范畴有着丰厚的经历。