CN100388053C - 激光束整形装置 - Google Patents

Abstract

一种激光束整形装置，应用于激光领域。本发明中，平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置是一个平面阵列系统，由若干阵列调制单元构成，阵列调制单元控制装置分别与每个阵列调制单元独立连接，平面阵列式光强测量装置是一个平面阵列系统，由阵列测量单元构成，阵列测量单元与阵列调制单元一一对应，待调制激光束自平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置的输入端进入，调制后的激光束由平面阵列式光强测量装置接收，阵列调制单元控制装置指令接收端口、平面阵列式光强测量装置信息输出端口与计算机相连接。本发明装置抗损伤阈值高、口径大、响应速度快、损耗小、制作成本低、应用范围广，且不会引起激光束位相面的变化。

Description

激光束整形装置

技术领域

本发明涉及一种激光束整形装置，特别是一种反射型聚合物波导激光束整形装置。应用于光传输装置领域。

背景技术

光波整形元件是现代光学应用中的基本元件之一，通常激光器发出的光束的强度分布呈高斯分布，而在一些应用中，希望得到光斑的光强分布满足一定要求的激光束(例如在激光热处理中，就要求光斑光强均匀分布)，因此，对激光束进行整形是一个有实用价值的研究课题。目前，常用的光束均匀化方案有透镜列阵系统、光楔列阵系统、随机位相板以及部分相干光入射等。然而，上述各种方法都是针对低功率激光器提出的，对高功率激光器并不适用。

侯冬兰、张耀宁等人在《中国激光》2003年9月第30卷799页发表的论文“高功率激光束整形技术及其数值模拟”中提出了一种激光束整形装置，它的原理是通过在平凹谐振腔中引入一个能控制凹镜振幅和频率的振子来实现激光束整形。因为万瓦级高功率气体激光器中的工作物质是流动介质，其增益区中增益分布不均匀，上游处高，下游处低，造成了光斑通常是一边强，一边弱。根据这个特点，令平凹谐振腔中凹镜曲率半径作周期振动，改变激光束的振荡模式，利用时间的相关性消除因增益不一致引起的光强分布不均匀，从而使叠加的光束在时间上实现了均匀化处理。但是，该装置的整形原理完全基于高功率气体激光器的工作特点，可应用的范围十分有限。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种激光束整形装置，具体是一种平面阵列式反射型聚合物波导激光束整形装置，可将所要求实现的激光束的光强分布，以编程方式输入到计算机中，利用计算机及自动化控制系统，实现所要求的激光束的光强分布。该装置具有损伤阈值高(显著高于液晶)、口径大、响应速度快、损耗小、制作成本低、适用范围广的特点，而且不会引起激光脉冲位相的变化，有望在各种激光调制中获得广泛的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置、平面阵列式光强测量装置、阵列调制单元控制装置、计算机。其连接方式为：平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置的各个阵列调制单元分别与阵列调制单元控制装置独立连接，待调制激光束自平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置的输入端射入，调制后的激光束由平面阵列式光强测量装置接收，阵列调制单元控制装置的调制指令接收端口、平面阵列式光强测量装置的信息输出端口与计算机相连接，形成完整的工作平台。

整个平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置是若干阵列调制单元构成的平面阵列系统，每个阵列调制单元分别与阵列调制单元控制装置独立连接，其工作情况完全独立。

单个阵列调制单元，是由棱镜以及在棱镜底面依次镀上的金属膜、覆盖层、聚合物(polymer)膜、金属电极构成的一个三层导膜系统，电源的正极电压输出与金属膜相连接，负极电压输出与金属电极相连接。在金属膜与金属电极之间可以施加一定范围的电压。

使用金属材料来制作平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置，能够充分利用现有成熟的制造工艺，降低生产成本以及难度。但是，对应用于高功率激光束的整形装置，因为金属薄膜会被强光打坏，所以，必须采用锡掺杂的氧化铟(ITO)透明导电薄膜，代替金属膜，相应的也因该使用ITO材料来制作电极。

平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置的工作原理是：用微小阵列式的波导电光调制器(阵列调制单元)对大口径激光光斑的每一个小区域的光强分别独立进行调整，从而使光强实现所需要的分布。

光强测量装置也采用平面阵列式结构，每个阵列测量单元独立工作，与阵列调制单元一一对应，协调工作。在验证装置中，采用光伏电池来制作每个阵列测量单元。

本发明中，通过调整每个阵列调制单元的电压来实现对激光强度的调节。调制过程中，平面阵列式光强测量装置测量经平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置调制后的激光束光斑强度分布，并将测量结果实时反馈到计算机，计算机根据预先输入的光强调制要求，与测量结果对比，进而制定调制方案，并将调制方案以指令形式发送至阵列调制单元控制装置，实现对光斑强度的实时、自动化调节。

本发明具有实质性的优点和进步，本发明使用的新型平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置与传统调制器件相比，具有口径大、响应速度快、损耗小、制作成本低、不会引起激光脉冲位相的变化的优点。如果使用ITO材料替代金属材料，则能够有效提高装置的抗破坏阈值，解决对高功率激光束进行调制的难题。所以，本装置有望在各种激光调制中获得广泛的应用。

附图说明

图1本发明结构示意图

图2平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置单个阵列调制单元的结构示意图

图3平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置结构示意图

图4单个阵列调制单元的衰减全反射谱线图

图5电场作用下衰减全反射谱线吸收峰的移动

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明包括：平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1、平面阵列式光强测量装置2、阵列调制单元控制装置3、计算机4，其连接方式为：平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1与阵列调制单元控制装置3相连接，待调制激光束自平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1的输入端进入，由平面阵列式光强测量装置2接收平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1调制后的激光束，阵列调制单元控制装置3的指令接收端口、平面阵列式光强测量装置2的信息输出端口与计算机4相连接，形成完整的工作平台。

平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1是一个平面阵列系统，由若干阵列调制单元构成，阵列调制单元控制装置3与平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1的每个阵列调制单元独立连接。

每个阵列调制单元是一个三层导膜系统，包括棱镜5以及在棱镜底面依次镀上的金属膜6、覆盖层7、聚合物膜8以及金属电极9，电源的正极电压输出与金属膜6相连接，负极电压输出与金属电极9相连接。在金属膜6与金属电极9之间可以施加一定范围的电压。

对适用于高功率激光束的整形装置，采用ITO薄膜代替金属膜6，相应的，用ITO电极代替金属电极9。

平面阵列式光强测量装置3是一个平面阵列系统，由阵列测量单元构成，阵列测量单元与平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置1的阵列调制单元一一对应。

以下结合实施例对本发明作进一步的理解：

首先，按图1所示连接装置。

实施例一

为了更详细地说明本发明，现分析单个阵列调制单元工作的情况。如图4所示。该单元的衰减全反射谱表明：随着激光入射角的变化，在共振角处，当棱镜中的光波矢沿棱镜底面方向的分量等于波导导膜的特征波矢(传播常数)时，就会激发导膜，引起反射光强度的急剧下降，形成吸收峰。当入射角固定在某一共振角，通过电源对阵列调制单元施加电场，导膜层的折射率将由于极化聚合物的电光效应而发生改变，进而引起导膜传播常数的变化，造成模式共振角的改变，即图5中吸收峰的横向移动；而吸收峰的移动将改变导膜对激光能量的吸收，从而实现对激光光强的调节。通过本实施例可以得出结论：本发明的调节范围主要由吸收峰的高度决定，调节灵敏度主要由吸收峰的半宽度决定；而且本装置不会引起激光脉冲的位相变化。

实施例二

为了完整展示本发明对激光束光斑整形操作的过程，现分析整个激光束整形装置的工作情况：首先，将光斑光强分布的要求输入计算机，待调制的激光束射入平面阵列式反射型聚合物波导调制装置，此时，并未开始调制，平面阵列式光强测量装置测量经平面阵列式反射型聚合物波导调制装置反射后的激光束光斑的强度分布，并将测量结果实时反馈到计算机，计算机根据预先定制的调制要求，自动对数据进行分析，优化调制方案，并将调制方案以指令形式发送到阵列调制单元控制装置，由阵列调制单元控制装置控制各个阵列调制单元，开始进行调制。

Claims (2)

1.一种激光束整形装置，包括：平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置(1)、平面阵列式光强测量装置(2)、阵列调制单元控制装置(3)，计算机(4)，其特征在于，所述的平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置(1)是一个平面阵列系统，由若干阵列调制单元构成，阵列调制单元控制装置(3)分别与平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置(1)的每个阵列调制单元独立连接，所述的平面阵列式光强测量装置(2)是一个平面阵列系统，由阵列测量单元构成，阵列测量单元与平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置(1)的阵列调制单元一一对应，待调制激光束自平面阵列式反射型聚合物波导电光调制装置(1)的输入端进入，调制后的激光束由平面阵列式光强测量装置(2)接收，阵列调制单元控制装置(3)的指令接收端口、平面阵列式光强测量装置(2)的信息输出端口与计算机(4)相连接，形成完整的工作平台。

2.根据权利要求1所述的激光束整形装置，其特征是，每个阵列调制单元是一个三层导膜系统，包括棱镜(5)以及在棱镜底面依次镀上的金属膜(6)、覆盖层(7)、聚合物膜(8)以及金属电极(9)，电源的正极电压输出与金属膜(6)相连接，负极电压输出与金属电极(9)相连接。

Images