专利名称：改善激光光束均匀性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光光束的均匀性，特别是2维光强分布截面在一定距离范围内保持光强分布均匀的方法，利用它可以在光束传输过程中相当长的一段距离上获得均匀的光强分布。
背景技术：
在激光光束均匀性改善的装置中，多采用光束复合叠加，使光束光强分布较弱部分与光强分布较强部分相互叠加，从而使大范围的光强差别填平，达到光束截面光强分布均匀。在先技术方法有1、两级复眼式均匀器(参见在先技术P.E.Rhocles，D.L.Shealy发表在Applied Opitcs1980，19，3545～3553页的论文)需要高精密的加工技术，价格昂贵；2、矩形波导管均匀器(参见在先技术高鸿奕，楼祺洪等发表在光学学报，1996，16 No.10(october)1379～1382页的论文)制作简单，装调简易，但光能损失较大；3、楔形镜折叠光束式均匀器(参见在先技术M.R.Latta，K.Jain发表在Optics Communications 1984，49(6)，435～439页的论文)及梯形棱镜均匀器则装调较为困难。这些方法均可以在不同均匀要求的场合选用，但是均匀的光强分布都只存在于一个特定的具体位置，此特定位置由均匀器本身的参数决定，不可能在光束传输过程中相当长的一段距离上均获得均匀的光强分布。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的困难，提供一种改善激光光束均匀性的装置，该装置应结构简单，使用灵活，可以在光线一较长的传输距离的任一位置截面上保持光强分布均匀。
本发明的技术解决方案如下一种改善激光光束均匀性的装置，其特征是在激光器的输出光路上依次设置聚焦透镜、具有一定缠绕半径的梯度折射率分布的传能光纤和准直透镜，所述的传能光纤的输入端位于聚焦透镜的焦点，而输出端位于准直透镜的前焦点。
所述的传能光纤的长度≥1.5米。
所述的传能光纤的纤芯直径的最佳范围为0.1～10mm。
所述的传能光纤的缠绕半径的取值范围是20cm～100cm。
本发明改善激光光束均匀性的装置，与在先技术相比，结构简单，使用灵活，可以在光线一较长的传输距离的任一位置截面上保持光强分布均匀。在光纤的传输波长范围内，可以应用到各种类型的激光器上，改善激光光束光强的分布。
图1为本发明改善激光光束均匀性的装置的原理结构图，图2为本发明传能光纤的传输原理图。
具体实施例方式
请参阅图1，图1为本发明改善激光光束均匀性的装置的原理结构图。由图可见，本发明改善激光光束均匀性的装置，是在激光器4的输出光路上依次设置聚焦透镜1、具有一定缠绕半径的梯度折射率分布的传能光纤2和准直透镜3，所述的传能光纤2的输入端位于聚焦透镜1的焦点，而输出端位于准直透镜3的前焦点。
所述的聚焦透镜1起光束耦合作用。从激光器4发出的激光光束，经聚焦透镜1聚焦，会聚并充满传能光纤2的入射端面，其中光线入射角小于传能光纤2的数值孔径规定角度的光线能在光纤内多次反射地传输通过该传能光纤2。根据传能光纤2的数值孔径及纤芯直径可确定聚焦透镜1的焦距f。
所述的梯度折射率分布的大功率传能光纤2，起光束均匀器作用，光纤两端面作平面抛光处理。如图2所示，入射角小于传能光纤2数值孔径规定角度的光线，在传能光纤2内两种不同折射率材料的界面上发生全反射。光束不同光强分布的部分，经多次反射复合叠加，在出射面以近似点光源出射，经准直透镜3后发出平行光束。只要传能光纤2足够长，输出光束光强分布与入射光束光强分布关联性就很小，甚至完全不相干，仅由传能光纤2本身传输特性决定。改变传能光纤的长度、纤芯直径及缠绕半径R，可改变光束均匀性的改善效果。其中，传能光纤的长度与光束均匀性的改善效果成正比关系，在传能光纤长度大于1.5m基础上，光纤越长，光线在光纤内复合叠加的次数就越多，输出光束光强分布均匀性越好；传能光纤纤芯直径的大小影响了光束均匀性的改善效果及保持光强均匀分布传输的距离，纤芯直径增大，在出射端面近似为点光源出射的光束发散角相应增大，光强均匀分布传输的距离减小，若纤芯直径太小，则光线在光纤内反射传输时会发生模式之间的耦合，影响出射光束的光强分布均匀性，因此纤芯直径存在一个最佳范围0.1mm～10mm；光纤缠绕半径R的大小影响了光束均匀性的改善效果及传输损耗，若缠绕半径减小，则能够在光纤内传输的光线减少，相应损耗增大，缠绕半径R一般取在20cm～100cm范围内。
所述的准直透镜3，对大功率传能光纤近似为点光源的出射面发出的光束，准直成一束近似平行的光线，实现长距离的传输且传输过程中任何位置截面上的光强分布均匀。
现举一个具体实施例的参数如下本发明中的光纤为梯度折射率分布的紫外传能光纤，长度为2m，光纤直径1mm，数值孔径NA＝0.1，光纤两端面作抛光处理。根据光纤数值孔径确定聚焦透镜1为f＝100mm的石英透镜，准直透镜3的焦距f＝200mm。应用于308nm紫外XeCl准分子激光器，获得了良好的均匀性效果，均匀光斑平顶因子F＝0.856，保持光强均匀分布的截面从准直透镜位置起变化范围可以达到3m。
权利要求
1.一种改善激光光束均匀性的装置，其特征是在激光器(4)的输出光路上依次设置聚焦透镜(1)、具有一定缠绕半径的梯度折射率分布的传能光纤(2)和准直透镜(3)，所述的传能光纤(2)的输入端位于聚焦透镜(1)的焦点，所述的传能光纤(2)的输出端位于准直透镜(3)的前焦点。
2.根据权利要求1所述的一种改善激光光束均匀性的装置，其特征在于所述的传能光纤(2)的长度≥1.5米。
3.根据权利要求1所述的一种改善激光光束均匀性的装置，其特征在于所述的传能光纤(2)纤芯直径的最佳范围为0.1～10mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种改善激光光束均匀性的装置，特征在于所述的传能光纤(2)的缠绕半径的取值范围是20cm～100cm。
全文摘要
一种改善激光光束均匀性的装置，其特征是在激光器的输出光路上依次设置聚焦透镜、具有一定缠绕半径的梯度折射率分布的传能光纤和准直透镜，所述的传能光纤的输入端位于聚焦透镜的焦点，而输出端位于准直透镜的前焦点。本发明装置的结构简单，使用灵活，可以在光线一较长的传输距离的任一位置的截面上保持光强分布均匀。
文档编号G02B6/028GK1752797SQ20051003073
公开日2006年3月29日 申请日期2005年10月27日 优先权日2005年10月27日
发明者李红霞, 楼祺洪, 董景星, 周军, 魏运荣 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所