专利名称：半径随机锯齿光阑的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用半径随角度的变化而随机变化的锯齿光阑，并结合空间滤波器， 来得到填充因子较高，调制强度较低的径向光强分布，并在一定的程度上抑制了轴上光强的衍射调制，属于高功率激光器制造领域。
背景技术：
由于圆孔边缘的索末菲尔德波包在轴上各点都具有相同的位相，它们会同时干涉相长或相消，致使轴上光强存在强烈的衍射调制，即使不考虑小尺度自聚焦效应对其的增强作用，它本身就会带来高功率激光器的损伤问题。因此高功率激光器的设计中，涉及到这样一个基本问题在抑制光束菲涅耳衍射调制及因此而产生的小尺度自聚焦的前提下，如何保证增益介质储能的充分利用，即高的填充因子。为此，可以使用像超高斯型的软边光阑来减少边缘衍射效应，同时又保证较高的填充因子。这样的软边光栏可以通过诸如感光乳胶、镀变透射率膜、玻璃磨砂等方法实现。另外一类解决办法，是通过圆孔光阑边缘的波纹调制来错乱索末菲尔德波包的位相，从而减弱由此而产生的衍射调制，这就是波纹锯齿光阑。它较为适用于高功率激光系统，其特点是抗损伤阈值高，因其是孔状，它的插入或取出， 不影响光路的调整，便于工程实用。目前，各种形状的锯齿光阑性能都从理论和实验中得到了验证，其中研究最多效果最好的就是调幅型波纹锯齿光阑，在抑制轴上的光强调制的同时得到了较高的填充因子和较低的调制强度。而本发明是一种新的形状的锯齿光阑，即半径随角度的变化是随机的， 它在抑制轴上的衍射调制的同时要比调幅型波纹锯齿光阑有更高的填充因子和更低的调制强度。
发明内容
本发明的目的在于克服常见轴上的光强的强烈的菲涅尔衍射，提出一种提高填充因子和降低调制强度的新形状的半径随机锯齿光阑装置及方法。利用软件，生成半径随角度的增加随机变化的锯齿光阑参数，即r = a* (l+al*rand(0))，其中a为平均半径，取值为0. 002m, al为调制深度，取值为0. 05， rand( θ )为随角度变化而随机变化的函数，其值在-1到1之间；将参数导入CAD里，用激光切割的方法，切割出对应的光阑。利用matlab软件，生成半径随角度的增加随机变化的锯齿光阑参数，即r = a*(l+al*rand(6))其中a为平均半径，取值为0.002，al为调制深度，取值为0.05， rand( θ )为随角度变化而随机变化的函数，其值在-1到1之间。将参数导入CAD里，用激光切割的方法，切割出对应的光阑。由于此时光阑的边缘的不规则性更加显著，更能错乱索末菲尔德波包在轴上相位，所以在轴上调制强度的减弱上起到了很大的作用，在相同的光阑的平均半径和相同调制深度的锯齿光阑，其填充因子更大和调制强度更小，并减少轴上调制。
本发明实现了对轴上光强调制的减弱，相比于调幅型波纹锯齿光阑的方法有以下优点提高了填充因子；降低了调制强度；减弱轴上光强调制的范围更大；在放大中可以加入的光学元件可以增多；操作更为简单，易于实现工程应用。本发明具有实质性的特点和显著进步，本发明所述的方法可以广泛应用于激光的传输过程中的整形和均勻化，能够明显提高激光器后续放大增益介质的利用率、稳定性和输出功率。
图1是本发明角度间隔为0. 01平均半径为0. 002的半径随机光阑示意2是平均半径为0. 002调幅型波纹锯齿光阑的示意3是光过半径随机光阑后轴上光强分布示意4是光过调幅型锯齿光阑后轴上光强分布示意5是光过圆光阑后轴上光强分布示意6是光过半径随机锯齿光阑后径向光强分布示意7是光过调幅型锯齿光阑后径向光强分布示意8是光过圆光阑后径向光强分布示意图
具体实施例方式本发明是在不锈钢薄板上用激光切割的方法，切割出如图1所示形状的光阑，将它加入到平面波激光的光路中，测输出光轴上和径向上的光强分布。工作原理如下激光通过光阑之后，任意点处的光强都是光阑面积上每个点的波包的求和，当光阑的边缘为规则的圆时，由于菲涅尔衍射，临近边缘处的面积在轴上的点具有相同的位相，因此产生相长或相消干涉，因此在轴上会有光强很强的点，见图5，也会有为零的点，从图8中也可以看出在中心出光强起伏较大，这样很容易损坏激光工作物质，调幅型波纹锯齿光阑就是要打乱这种一致性，减少轴上的光强调制，同时也能减少径向的调制。 轴上的光强分布见图4，径向光强分布为图7，我们明显可以看出锯齿光阑轴上的光强分布要比圆光阑均勻的多，在20到60的菲涅尔数的范围内有很好的减弱光强调制的效果，图7 中中心处没有较大的强度起伏。虽然调幅型锯齿光阑的效果已经很明显了，但是它还是有一定的周期性的，而本发明能更好的打乱这种干涉，使轴上光强维持在1左右的距离更大了，从图3可以看出在菲涅尔数20到200的范围内都不会有太强的光强，径向光强分布上图6要比图7更均勻。上面都是从图上直观的看出的结果。我们还可以通过填充率和调制强度比较三个不同光阑的勻化光束的效果，圆的填充因子为0. 1310，调幅型波纹锯齿光阑的填充因子为0. 1419，半径随机的锯齿光阑的填充因子为0. 1707，可见半径随机的锯齿光阑有更高的填充因子，也就是能更充分的利用激光器后续放大增益介质的储能。而圆的调制强度为1. 5701，调幅型波纹锯齿光阑的调制强度为1. 3760，半径随机的锯齿光阑的调制强度为 1. 1957。可见半径随机的锯齿光阑具有更小的调制强度，即光强分布更均勻。
权利要求
1.半径随机锯齿光阑的制作方法，其特征在于利用软件，生成半径随角度的增加随机变化的锯齿光阑参数，即r = a* (l+al*rand ( θ ))，其中a为平均半径，取值为0. 002m, al 为调制深度，取值为0. 05,rand(6)为随角度变化而随机变化的函数，其值在-1到1之间； 将参数导入CAD里，用激光切割的方法，切割出半径随机锯齿光阑。
全文摘要
半径随机锯齿光阑的制作方法属于激光领域。本发明利用软件，生成半径随角度的增加随机变化的锯齿光阑参数，即r＝a*(1+a1*rand(θ))，其中a为平均半径，取值为0.002m，a1为调制深度，取值为0.05，rand(θ)为随角度变化而随机变化的函数，其值在-1到1之间；将参数导入CAD里，用激光切割的方法，切割出对应的光阑。本方法通过使用半径随角度随机变化的锯齿光阑，相比于传统的调幅波纹锯齿光阑，并配合空间滤波器，提高了径向的光束填充因子和减弱调制强度。本发明可以广泛用于激光器的光束整形和光强匀化中，能够保证其具有较高的填充因子，明显提高激光器储能物质的利用率、稳定性和输出功率。
文档编号G02B27/00GK102540287SQ20121000135
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者孙哲, 惠勇凌, 朱占达, 李强, 王金国, 雷訇 申请人:北京工业大学