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高斯光束整形为平顶光束的非球面镜整形技术

2011-10-08 10:48
天堂的苦涩
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  通常激光器发出的激光束的空间强度分布呈高斯分布,即高斯光束,而在很多激光技术的应用中希望激光光强是均匀分布的,比如,激光打孔、刻槽,激光材料加工,光学信息处理、存储和记录,激光的医学临床应用等领域,都对光束的均匀性有较高的要求;在高功率固体激光器和放大器的应用中,高斯光束的强度过于集中在中心部分,易导致激光晶体和光学元件的损伤,而平顶光束把强度分散在整个光斑尺寸中,可以大大提高高功率激光的损伤阈值。激光光束均匀性不仅影响激光器的整体性能,也极大地影响激光技术的应用水平。

  通过特殊设计的光学整形系统可以将高斯光束整形为光强均匀分布的平顶光束[1]。在光束整形系统的研究与设计中,出现了各种各样的整形方法,其中非球面镜整形系统就是一种结构相对简单、光能量损失较小的整形方法,它采用两片非球面镜即可将高斯光束整形为平顶光束。

  在非球面镜整形系统的设计中,非球面镜的设计是关键,对于非球面镜的设计、加工,会面临各种各样的问题,一方面非球面镜难以加工,加工成本高,生产出来的非球面镜难以满足实际光束整形的要求,另一方面,非球面镜虽然结构简单、整形效率高,但是设计的一组非球面镜只能针对一定腰斑半径的高斯光束,整形后远场传播效果并不理想,还必须与其它光学镜头结合使用,因此,设计与生产出合理、应用范围广泛的能针对一定孔径范围内任意腰斑半径的非球面光束整形系统具有重要的应用价值与实际意义。

  如下图1、图2所示,是非球面镜的两种整形方案,第一种(图1)为开普勒型整形技术,第二种(图2)为伽利略型整形技术。

图1 开普勒型非球面镜组

图2 伽利略型非球面镜组

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