专利名称：将高斯光束整形为平顶光束的装置和方法
技术领域：
本发明是一种将激光光束整形为平顶光束的装置和方法，可将一定孔径范围内的 任意腰斑半径的高斯光束整形为平顶光束，在装置前端采用可变倍扩束镜对高斯光束进行 光束匹配，在装置后端添加两组扩束镜，使平顶光束能够远场传播而不致使光束质量变差。 该装置属于激光光学领域。
背景技术：
在激光的许多实际应用中，例如激光全息、激光材料加工、激光医疗等领域，常要 求光强空间分布均勻的激光光束，而从激光器中直接出来的光束通常为高斯光束，而且对 于不同的激光器，束腰半径是不相等的，因此需要通过激光光束整形装置，才能将高斯光束 整形为光强均勻分布的平顶光束。光束的空间整形方法很多，利用非球面透镜组、二元相 位、振幅调制光栅、相位型光束整形、衍射光学元件、微透镜阵列整形、双折射透镜组、液晶 空间光调制器等均可将高斯光束整形为平顶光束。但相比较而言，非球面透镜组的方法结 构简单，整形效果好，实现相对容易。在以往的非球面镜整形装置中，一组非球面镜只能对特定束腰半径的高斯光束进 行整形，灵活性不高，因此，我们采用了可变倍扩束镜组先对输入高斯光束进行扩束，然后 再输入到非球面镜组。这样，该激光整形装置几乎可以对一定孔径范围内的任意束腰半径 的高斯光束进行整形；另外，从非球面镜组输出的平顶光束如果不经过扩束，光束质量会随 着传播距离的增加迅速变差，因此，我们在非球面镜组的输出端又采用了两组定倍扩束镜， 这样能在装置的输出端得到光强分布均勻性好的平顶光束。
发明内容
本发明的目的在针对一种非球面整形装置只能整形一定腰斑半径的高斯光束和 平顶光束从非球面镜直接出来传播一段距离后质量变差的问题，在非球面镜组的前端采用 了连续可调的可变倍扩束镜，可将一定孔径范围内的任意束腰半径的高斯光束扩束或缩束 为与非球面镜组所要求的输入高斯光束束腰即匹配。在后端采用了两组定倍扩束镜，能保 持平顶光束的光束质量在较好的条件下传播更远。为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案一种将高斯光束整形为平顶光束 的装置，其特征在于该装置由四部分组成，依次为可变倍扩束镜组、非球面镜组、倒置定倍 扩束镜组、正置定倍扩束镜组；所述的可变倍扩束镜组由三片透镜组成，依次为平凸镜II、平凹镜2、平凸镜113 ；所述的非球面镜组为开普勒型扩束镜，或伽利略型扩束镜，开普勒型非球面镜由2 片非球面面形不同的平凸非球面镜组成，伽利略型非球面镜由1片平凹非球面镜与1片平 凸非球面镜组成；所述的倒置定倍扩束镜组和正置定倍扩束镜组为开普勒型扩束镜，或伽利略型扩 束镜，两者类型任意搭配。
所述的可变倍扩束镜组中，固定平凹镜2，平凸镜Il与平凹镜2的距离d12、平凸镜 Il与平凹镜2的距离d23，平凸镜II、平凸镜113移动量分别为
权利要求
1.一种将高斯光束整形为平顶光束的装置，其特征在于该装置由四部分组成，依次 为可变倍扩束镜组、非球面镜组、倒置定倍扩束镜组、正置定倍扩束镜组；所述的可变倍扩束镜组由三片透镜组成，依次为平凸镜1(1)、平凹镜O)、平凸镜 11(3)；所述的非球面镜组为开普勒型扩束镜，或伽利略型扩束镜，开普勒型非球面镜由2片 非球面面形不同的平凸非球面镜组成，伽利略型非球面镜由1片平凹非球面镜与1片平凸 非球面镜组成；所述的倒置定倍扩束镜组和正置定倍扩束镜组为开普勒型扩束镜，或伽利略型扩束 镜，两者类型任意搭配。
2.权利要求1所述的一种将高斯光束整形为平顶光束的装置的整形方法，其特征在 于所述的可变倍扩束镜组中，固定平凹镜O)，平凸镜I(I)与平凹镜O)的距离d12、平凸 镜I(I)与平凹镜⑵的距离d23，平凸镜1(1)、平凸镜II (3)移动量分别为
全文摘要
本发明专利公开了一种将高斯光束整形为平顶光束的装置和方法。该装置主要由四部分组分，依次为可变倍扩束镜组、非球面镜组、倒置定倍扩束镜组、正置定倍扩束镜组。在前端，采用可变倍扩束镜可先对任意腰斑半径的输入高斯光束进行扩束匹配，然后再输入到非球面镜组，得到只能近场传播的平顶光束。为了得到光束质量很好的能够远场传播的的平顶光束，接着用一组倒置定倍扩束镜进行扩束，远场传播一段距离后，然后再进行缩束，这样能在系统的输出端得到光强分布均匀性好的平顶光束。该装置灵活性很高，可控性好，能对任意腰斑半径的高斯光束进行扩束，同时克服了平顶光束直接从非球面组出来后光束质量会变差的问题。
文档编号G02B27/09GK102135665SQ20111008263
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者李港, 陈凯, 陈檬 申请人:北京工业大学