专利名称：一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形控制方法及其整形装置的制作方法
技术领域：
本发明属于衍射光学及激光整形技术领域，具体涉及一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置，本发明还涉及整形控制方法。
背景技术：
平顶光束整形方法及装置，在激光直写、激光惯性约束核聚变、激光通信、激光雷达、激光加工等领域有着广泛应用。尤其在激光加工中需要做到在远场可人为设定的位置， 实现激光束的形状任意且口径可变的平顶光束整形，且被整形光束的边缘陡峭同时光束平顶的光强波动极低。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，而且对于小同的激光器，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。但现有的技术对远场无法实现任意设定位置，平顶光束整形的激光束的形状和口径为不可变，被整形光束的边缘不陡峭且光束平顶的光强波动大的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的技术对远场无法实现任意设定位置，平顶光束整形的激光束的形状和口径为不可变，被整形光束的边缘不陡峭且光束平顶的光强波动大的问题。一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置，它包括光学相控阵、透镜、 输出面、强度分析采集模块和处理器模块，透镜位于光学相控阵所在的面和输出面之间，透镜与相控阵和输出面之间的距离均为一倍焦距f，入射光束通过光学相控阵再经过透镜傅里叶变换对光束进行整形，在透镜的焦平面位置即输出平面得到整形后的光场，强度分布采集模块对输出面的整形后的光场的光束强度分布进行采集，将采集到的数据传输给处理器模块，处理器模块通过计算RMSE值并判断RMSE的值，从而决定是否调整光学相控阵的相位。一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置的整形控制方法，它包括下述步骤一、根据公式(1)获得初始相位Φ1;φ ！ = φ F+2 Ji (rand-0. 5) sine-1 (| Af |) (1)ΦF为光束预期的强度分布It快速傅立叶变换后光场的空间相位分布，Af为光束预期的强度分布It快速傅立叶变换后光场的空间振幅分布，rand为0到1之间的随机分布，sincT1为sine函数的逆函数；二、步骤一的(^根据公式(2)得到Uk，通过透镜的快速傅立叶变换计算出输出面的相位分布Ok，根据公式(4)算出输出面的实际获得的强度分布Ik，即强度分析采集模块采集到的强度分布Ik，实际获得的强度分布Ik逐步收敛逼近整形光束预期的强度分布为 It,即理想情况下k =①，Ik = It,
Uk = ^expO'^)(2)Φ, = arg (FFT(Uk)) (3)Ik = IFFT (Uk) 12 (4)其中，Ie为入射激光束的强度分布，Uk为输出面出射的光场复振幅，k为迭代次数， k = 1，2，…η，η彡2，arg为求复数的辐角的函数，FFT为快速傅立叶变换，exp表示e指数，i为复数中的对于虚数单位的定义；三、根据步骤二的强度分布It和相位分布Ok通过步骤( 计算出光场Vk，
权利要求
1.一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置，其特征在于它包括光学相控阵(1)、透镜O)、输出面(3)、强度分析采集模块(4)和处理器模块(5)，透镜( 位于光学相控阵⑴所在的面和输出面⑶之间，透镜⑵与相控阵⑴和输出面⑶之间的距离均为一倍焦距f，入射光束通过光学相控阵(1)再经过透镜( 傅里叶变换对光束进行整形，在透镜O)的焦平面位置即输出平面C3)得到整形后的光场，强度分布采集模块对输出面(3)的整形后的光场的光束强度分布进行采集，将采集到的数据传输给处理器模块( ，处理器模块( 通过计算RMSE值并判断RMSE的值，从而决定是否调整光学相控阵 (1)的相位。
2.利用权利要求1所述的一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置的整形控制方法，其特征是它包括下述步骤一、根据公式(1)获得初始相位Φ”φ ！ = φρ+2 π (rand-0. 5) sine-1 (| Af |) (1)ΦF为光束预期的强度分布It快速傅立叶变换后光场的空间相位分布，Af为光束预期的强度分布It快速傅立叶变换后光场的空间振幅分布，rand为0到1之间的随机分布， sine-1为sine函数的逆函数；二、步骤一的Ct1根据公式(2)得到Uk，通过透镜O)的快速傅立叶变换计算出输出面 (3)的相位分布Ok，根据公式(4)算出输出面(3)的实际获得的强度分布Ik，即强度分析采集模块(4)采集到的强度分布Ik，实际获得的强度分布Ik逐步收敛逼近整形光束预期的强度分布为Ιτ，即理想情况下k =⑴，Ik = Ιτ，
3.根据权利要求1所述的一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置其特征是焦距f可以通过在光学相控阵上叠加透镜相位分布与装置中的透镜( 构成组合焦距达到轴向变焦，通过人为设定整形光束预期的强度分布为It的形状和口径，可以在输出面(3)位置获得相应形状和口径的平顶光束。
全文摘要
一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形控制方法及其整形装置，涉及一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置，还涉及整形控制方法。为了解决现有技术无法灵活设定位置整形光束，被整形光束的形状和口径不可灵活改变，以及边缘不陡峭且光束平顶光强波动大的问题。本发明的整形装置中的透镜位于光学相控阵所在面和输出面之间，光束通过光学相控阵再经过傅里叶变换透镜对光束进行整形，在输出面得到光场，强度分布采集模块对输出面的整形后的光场的光束强度分布进行采集并输给处理器模块，通过计算RMSE值并判断是否调整光学相控阵的相位。本发明装置由整形控制方法来实现对光束预期整形。本发明应用于衍射光学及激光整形技术领域。
文档编号G02B27/09GK102540474SQ20121000753
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者吴丽莹, 张健, 张洪鑫, 王东, 甘雨, 申争光 申请人:哈尔滨工业大学