激光光束整形技术
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第41卷第2期红外与激光工程2012年2月Vol.41No.2Infrared and Laser Engineering Feb.2012非球面透镜组激光光束整形系统范增明,李卓,钱丽勋(北京理工大学光电学院,北京100081)摘要:在激光显示等领域常常需要光强均匀分布的激光光束,为此,深入分析了一种非球面透镜组激光光束整形系统的设计方法,该方法可以将入射光束为准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束;给出了该非球面透镜组设计的基本过程,主要包括输出光束函数的选择、光线映射函数的确定和非球面参数的确定;最后选择光线映射函数具有解析解形式的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数,分别确定了伽利略型和开普勒型的非球面透镜组激光光束整形系统的参数。
关键词:激光光束整形;激光光束匀化;非球面透镜组;匀化洛伦兹函数中图分类号:TN249文献标志码:A文章编号:1007-2276(2012)02-0353-05Aspherical lens laser beam shaping systemFan Zengming,Li Zhuo,Qian Lixun(School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China)Abstract:Laser beam with uniform light intensity distribution is usually used in the areas such as laser displays.A method of using two aspherical lens to convert a single mode collimated laser beam with Gaussian light intensity distribution to a collimated flat-top beam with uniform light intensity distribution was introduced.Also the basic process of designing an aspherical lens system,mainly including choosing the function of the output beam,determing the ray mapping function and the parameters of the aspherical lens was proposed.According to this design method,the parameters of Galilean configuration and Keplerian configuration aspherical lens laser beam shaping system were determined respectively by selecting the Flattened Lorentzian function as the output beam distribution function which had an analytical ray mapping function.Key words:laser beam shaping;laser beam homogenization;aspherical lens system;flattened Lorentzian function收稿日期:2011-06-22;修订日期:2011-07-19基金项目:国防预研项目作者简介:范增明(1987-),男,硕士研究生,主要从事激光光束整形方面的研究。
鲍威尔棱镜Zemax建模⽅法与激光光束整形的应⽤鲍威尔棱镜Zemax 建模⽅法与激光光束整形的应⽤在激光整型技术⽅⾯,1965年,Fridden 发表了第⼀篇⽆损耗激光整型技术,其利⽤⼏何的⽅法将单模的⾼斯光束整型为均匀光束。
近年來,线形激光光束整型的⽂献⽇益增多。
1986年,⽇本⼈Nakamura 使⽤复杂的旋转反射⾯机构使出射光束为线形分布。
1989年,Powell 设计了⼀个单透镜,藉由控制曲率半径及锥形系数(Conic constant),可以使圆形的激光光束整形为均匀的线形光束。
此后,Powell 在1996年发表了可以将激光光束整形为D 型光束的光学元件。
1994年,Frady 由Powell 的概念,发觉Powell 透镜难以使⽤在固态激光上,设计了⾮对称的单透镜组件,在两垂直轴的曲率半径及锥形系数不相同,此组件可⽤在⾮圆形⼊射的激光光源,将光源整形为均匀线形光源,但缺点为在不易对位(Alignment)且制作复杂。
鲍威尔棱镜(Powell Lenses )是⼀种光学划线棱镜(⾮球⾯柱⾯镜),它使激光束通过后可以最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的⼀条直线。
鲍威尔棱镜划线优于柱⾯透镜的划线模式,能消除⾼斯光束的中⼼热点和褪⾊边缘分布。
当约1mm 的准直激光光束打到鲍威尔棱镜的棱上时,如果将棱镜顶端部分放⼤可以看出,棱是圆弧状的,光线⼊射后发⽣折射,折射⾓主要由两个棱⾯所构成的⾓度决定,最后经过出射⾯时再发⽣⼀次折射,整个出射光线形成⼀道扇形光幕。
鲍威尔棱镜的特性之⼀,就是对⼊射光束的尺⼨有严格要求,或⼤或⼩都会影响出射光线在⽬标位置的均匀性,⽽且⼀般要求⼊射光束的尺⼨都⽐较⼩,正好适⽤于激光光束的特征;同时轴⼼的对准度也有影响,所以⽤起来会很不⽅便。
厚度H 虽然不会影响出射光线的⾓度,但也会影响⽬标位置的均匀性。
因此,鲍威尔棱镜的产品指标都会指明⼊射光束尺⼨的要求,标注直径和厚度等参数,如图 25-1所⽰。
文章编号:100123806(20030420357205激光二极管光束整形技术郭明秀1沈冠群2陆雨田1(1中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800(2上海市激光技术所,上海,200233摘要:阐述了对LD 输出光束进行整形的必要性。
在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价。
关键词:激光二极管;激光二极管阵列;光束整形;拉格朗日不变量中图分类号:TN24814文献标识码:AThe technology of laser diode beam shapingGuo M i ngxi u 1,S hen Guanqun 2,L u Y utian 1(1Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ,the Chinese Academy of Science ,Shanghai ,201800(2Shanghai Institute of Laser Technology ,Shanghai ,200233Abstract :This paper introduces the necessity of beam shaping for LDA beam.S ome typical beam shaping methods ’shaping principles ,key techniques and shaping effects are areanalyzed ,compared and assessed for the first time.K ey w ords :laser diode (LD ;laser diode array (LDA ;beam shaping ;Lagrange invariant作者简介:郭明秀,女,1975年11月出生。
硕士。
现从事半导体泵浦固体激光器及半导体激光器光束整形的研究工作。
文章编号:100123806(20030420357205激光二极管光束整形技术郭明秀1沈冠群2陆雨田1(1中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800(2上海市激光技术所,上海,200233摘要:阐述了对LD 输出光束进行整形的必要性。
在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价。
关键词:激光二极管;激光二极管阵列;光束整形;拉格朗日不变量中图分类号:TN24814文献标识码:AThe technology of laser diode beam shapingGuo M i ngxi u 1,S hen Guanqun 2,L u Y utian 1(1Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ,the Chinese Academy of Science ,Shanghai ,201800(2Shanghai Institute of Laser Technology ,Shanghai ,200233Abstract :This paper introduces the necessity of beam shaping for LDA beam.S ome typical beam shaping methods ’shaping principles ,key techniques and shaping effects are areanalyzed ,compared and assessed for the first time.K ey w ords :laser diode (LD ;laser diode array (LDA ;beam shaping ;Lagrange invariant作者简介:郭明秀,女,1975年11月出生。
硕士。
现从事半导体泵浦固体激光器及半导体激光器光束整形的研究工作。
·综合评述·激光光束的整形技术林 勇,胡家升(大连理工大学电子与信息工程学院,大连 116024)提要:本文简要概括了激光光束整形技术的发展和研究现状。
就几种典型的光束整形技术,如非球面透镜组整形、微透镜阵列整形、衍射光学元件整形、双折射透镜组整形、液晶空间光调制器和圆锥镜等整形技术作了分类评述和讨论。
介绍了各种整形的技术特点和实现方法,指出了这些整形技术尚待解决的一些问题,并展望了它们的可能应用领域和发展前景。
关键词:光束整形;高斯光束;强度分布均匀化,长焦深中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2008)06-0001-04Laser beam shaping techniquesLIN Yong ,HU Jia -sheng(S c hool of Electronics and Information Engineering ,D alian Univers ity of Technol ogy ,Dalian 116024,China )Abs tract :The development and the pres ent s tat us of laser beam s haping are summarized in this paper .Several t ypical techniques ,including the aspheric l ens -es ,the lenslet array ,the diffractive optical elements ,the birefringent l enses ,the liquid crystal spatial light modulator and the axicon ,are commentated .The characteristic and realization of each method is introduced ,existing proble ms in us e are dis cuss ed ,and pros pects are predicted .K ey words :beam shaping ;Gauss ian beam ;intensit y distri bution uniformization ;l ong focal depth收稿日期:2008-10-25作者简介:林勇(1976-),男,黑龙江七台河人,博士研宄生,主要从事衍射光学元件设计与应用方面的研究。
激光光束整形的创新应用微激光钻孔微激光钻孔是工业中最常见和最常用的激光加工之一。
各种各样的激光光源类型可以处理各种材料(金属、陶瓷、半导体、聚合物和有机材料等),具有前所未有的可重复性、准确性和速度。
微钻孔在许多行业中都很突出,例如汽车、航空航天和电子,甚至激光手术和食品行业。
例如,该工艺能够将高纵横比钻孔降至微米级,最近已为汽车行业开发了新的喷嘴,将发动机燃油效率提高到30%。
超短脉冲激光钻更小的孔、提高钻孔速度、提高孔的精度和质量,以及降低工艺的能耗,导致对提高工业加工的产量和质量的不断需求。
这符合新的特定需求,带来新的激光钻孔技术的正常发展。
最新的主要创新之一,是使用所谓的超短脉冲激光(USP)微加工工具。
超短脉冲激光器通常以高重复频率(有时每秒超过十万个脉冲)提供短而强的光脉冲。
这些激光器的突出特点,是它们可以在极短的时间内,大约一皮秒(10-12秒)到几十飞秒(10-15秒),集中脉冲的发光强度。
每个脉冲都带有一定量的能量,但其短促性使其能够获得相当高的峰值功率(高达几十瓦)。
对于USP激光,脉冲是如此短而且有能量,以致它们几乎瞬间去除被照射的材料。
这些激光器的超短脉冲不会像更常规的激光那样,通过能量被吸收为热量来移除材料,而是在没有热效应的情况下导致物质的电离。
这种效应被称为冷烧蚀,允许最小的内部应力、裂缝、毛刺和其他通常由吸热引起的缺陷。
2USP激光可以每秒快速钻高达数千个孔,7直径小于任何其他工艺(几微米;见图1)。
此外,由于该工艺对加工材料的后处理很少或几乎不需要,因此高速激光器可以以较低的成本提供高生产率,4并且越来越紧凑和经济的商用USP激光的可用性,证明了它们用于越来越多的工业应用。
图1:由飞秒激光脉冲钻出的燃料喷射头孔激光光束整形然而,为了真正最大化该加工的有效性、质量、分辨率和效率,有必要应用适合于给定应用的激光光束整形技术。
激光光束自然具有不均匀的横向能量分布(见图2),这可能导致不必要的能量损失、不准确性和钻孔不规则性。
一种激光光束整形方法引言随着激光技术的不断发展,激光在医疗、通信、材料加工等领域得到了广泛应用。
然而,传统的激光光束存在一些问题,如光斑形状不理想、光束发散度较大等,限制了激光的应用效果。
因此,改善激光光束形状和发散度成为了研究的重点。
本文将介绍一种基于自适应光学元件的激光光束整形方法,旨在提高光束的形状和发散度,进一步推动激光技术的应用。
自适应光学元件原理自适应光学元件采用了先进的反馈控制技术,能够根据外界干扰调整光学系统,以实现所需的光学参数。
该元件通常由两部分组成:变焦透镜和电子控制单元。
变焦透镜变焦透镜是整个系统的核心部分,其通过改变透镜的形状、曲率等参数,来改变光束的焦距、光斑形状等光学参数。
变焦透镜通常由压电陶瓷等材料制成,通过外部电压的调节,使透镜的形状发生微小变化,从而实现对光束的控制。
电子控制单元电子控制单元负责采集和处理输入的光学信号,实时监测光学系统的状态,并根据需要调整变焦透镜的参数。
该单元中常包含传感器、控制电路和反馈算法等模块,通过与变焦透镜的连接,实现闭环控制。
激光光束整形方法激光光束整形方法基于上述自适应光学元件,采用反馈控制技术,将输入的原始激光光束通过整形器处理后输出。
具体步骤如下:1. 输入光束测量:通过光学探测器或传感器对输入光束进行测量,获取其形状、强度分布等参数。
2. 光学参数计算:根据输入光束的测量结果,利用预先建立的数学模型计算出变焦透镜的参数,包括焦距、曲率、变形量等。
3. 变焦透镜调整:将计算得到的参数输入至电子控制单元,通过与变焦透镜的连接,实现对透镜形状的调整。
4. 光束整形处理:经过变焦透镜的调整,光束的形状、强度分布等参数发生变化,实现光束整形。
根据实际需求,可以通过调整透镜的形状、曲率等参数,实现激光光束的变焦、聚焦、展宽等操作。
5. 反馈控制:经过光束整形处理后,再次进行光束测量,并将测量结果反馈至电子控制单元,对变焦透镜的参数进行调整,以减小误差并提高系统整体性能。
利用光束整形技术提高激光输出能量
佚名
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2004(34)4
【总页数】1页(P319-319)
【关键词】光束整形;激光二极管阵列;输出功率;固体激光器
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
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一种激光光束整形方法
一种常用的激光光束整形方法是通过使用透镜或光学元件来改变激光光束的形状。
这种方法可以根据需要将激光光束调整为不同的形状,如圆形、椭圆形、矩形等。
通常情况下,激光光束整形方法包括以下步骤:
1.选择合适的透镜或光学元件:根据需要将激光光束调整为的形状和大小,选择合适的透镜或光学元件。
2.根据需要调整透镜或光学元件的位置和角度:通过调整透镜或光学元件的位置和角度,可以改变激光光束的形状和大小。
3.使用透镜或光学元件对激光光束进行整形:将激光光束通过透镜或光学元件,可以改变光线的传播方向和光束的形状。
例如,使用透镜可以将激光光束调整为聚焦光束或解聚光束,使用光学元件可以将激光光束调整为矩形光束。
4.进行光束整形的验证:使用合适的光学测试设备,对整形后的光束进行验证,确保其达到预期的形状和尺寸。
激光光束整形方法的选择取决于应用需求,如激光加工、激光显示等。
不同的激光光束整形方法具有各自的优缺点,需要根据具体情况进行选择。
激光二极管光束整形技术
郭明秀;沈冠群;陆雨田
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2003(027)004
【摘要】阐述了对LD输出光束进行整形的必要性.在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价.【总页数】5页(P357-361)
【作者】郭明秀;沈冠群;陆雨田
【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800;上海市激光技术所,上海,200233;中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
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