CN102253493A - 一种激光束均匀辐照光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种激光束均匀辐照光学系统。包括有依次排列的对入射的窄带激光束进行频率展宽的相位调制器、使宽带激光在空间展开的色散光栅、将激光束分割成大量子光束的正透镜列阵及负透镜列阵、使激光束在目标靶面形成均匀光斑的聚焦透镜，且相位调制器、色散光栅、正透镜列阵、负透镜列阵、聚焦透镜的光轴在同一直线上。本发明由于被相位调制器和色散光栅展宽后的激光束包含大量分立的频率分量，每种频率分量所形成的光斑在目标靶面非相干叠加，所以光斑内部的细密干涉条纹也会被抹平，这样，目标焦面上可获得辐照均匀的光斑，而且光斑大小可灵活地调节，使用一套光学系统即可方便地满足不同条件下对光斑的要求。
Description
技术领域
本发明是一种用于高功率激光器中、可在目标靶面获得均匀的光斑强度分布，并且可灵活地改变目标光斑的大小的激光束均匀辐照光学系统，属于激光束均匀辐照光学系统的改造技术。
背景技术
高功率激光器在科学研究及工业领域有着广泛的应用，这类激光器对光束的辐照均匀性提出很高的要求，但是一般情况下激光器产生的光束光强呈高斯分布而不是均匀分布,而且光束在传输过程中不可避免地存在强度和相位的畸变，影响其在目标靶面的辐照质量。目前，透镜列阵是应用较广泛的一种光束整形和匀滑器件，它由多个小透镜元构成，通过分割激光束来降低光束近场畸变的影响。但是由于激光具有高度的相干性，被分割的子光束在目标靶面重叠时会产生细密的干涉条纹，造成光斑内部光强不均匀，在一些要求比较严格的应用场合这种小尺度的强度调制是不允许的。另外，不同的科研或工业应用场合对光斑大小和形态有不同的要求，目前一般只能通过更换光学系统元件来满足不同的要求，实际操作起来费时费力。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可灵活地改变目标光斑的大小，而且通过破坏激光束的时间和空间相干性可消除光斑内部细密的干涉条纹的激光束均匀辐照光学系统。本发明设计合理，方便实用。
本发明的技术方案是：本发明的激光束均匀辐照光学系统，包括有依次排列的对入射的窄带激光束进行频率展宽的相位调制器、使宽带激光在空间展开的色散光栅、将激光束分割成大量子光束的正透镜列阵及负透镜列阵、使激光束在目标靶面形成均匀光斑的聚焦透镜，且相位调制器、色散光栅、正透镜列阵、负透镜列阵、聚焦透镜的光轴在同一直线上。
上述正透镜列阵包括有若干个相同的正小透镜元，小透镜元的口径为d，焦距为f 1。
上述负透镜列阵包括有若干个相同的负小透镜元，小透镜元的口径为d，焦距为f 2，正透镜列阵的小透镜元的口径d与负透镜列阵的小透镜元的口径d相同。
上述正透镜列阵与负透镜列阵之间的距离为s。
上述聚焦透镜的焦距为f。
上述光束在聚焦透镜的焦面上形成大小为a的均匀光斑，光斑大小与系统参数的关系为
在系统确定的情况下，f 1、f 2、f和d不变，调节s能使光斑大小发生相应的线性变化。
上述负透镜列阵固定不动，正透镜列阵能沿光轴移动。
本发明由于采用包括有相位调制器、色散光栅、正透镜列阵、负透镜列阵和聚焦透镜的结构，电光相位调制器对入射的窄带激光束进行频率展宽，降低其时间相干性；色散光栅使宽带激光发生色散从而在空间展开，降低其空间相干性。入射光束通过正透镜列阵和负透镜列阵被分割成大量子光束，其近场强度和相位畸变的影响被降低，由于被相位调制器和色散光栅展宽后的激光束包含大量分立的频率分量，每种频率分量所形成的光斑在目标靶面非相干叠加，所以光斑内部的细密干涉条纹也会被抹平，这样，目标焦面上可获得辐照均匀的光斑，而且光斑大小可灵活地调节，使用一套光学系统即可方便地满足不同条件下对光斑的要求。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的激光束均匀辐照光学系统。
附图说明
图1为本发明可调激光束均匀辐照系统的整体结构示意图
图中：1 — 相位调制器,2 — 色散光栅,3 — 正透镜列阵,4— 负透镜列阵,5 — 聚焦透镜。
具体实施方式
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，包括有相位调制器1、色散光栅2、正透镜列阵3、负透镜列阵4和聚焦透镜5,电光相位调制器1对入射的窄带激光束进行频率展宽，降低其时间相干性；色散光栅2使宽带激光发生色散从而在空间展开，降低其空间相干性。正透镜列阵3由若干个相同的正小透镜元构成，小透镜元的口径为d，焦距为f 1；负透镜列阵4由若干个相同的负小透镜元构成，小透镜元的口径为d，焦距为f 2。本实施例中，正透镜列阵3与负透镜列阵4之间距离为s。聚焦透镜5的焦距为f。正透镜列阵3的小透镜元的口径d与负透镜列阵4的小透镜元的口径d相同。
入射光束通过透镜列阵3和透镜列阵4被分割成大量子光束，其近场强度和相位畸变的影响被降低，然后光束在聚焦透镜5的焦面上形成大小为a的均匀光斑。由于焦面位于光学系统的准近场区，光斑由菲涅耳衍射形成，具有近似于平顶的均匀强度包络。光斑大小与系统参数的关系为
在系统确定的情况下，f 1、f 2、f和d不变，调节s可使光斑大小发生相应的线性变化。在具体实施中，可令负透镜列阵4固定不动，沿光轴移动正透镜列阵3。
被相位调制器1和光栅色散2展宽后的激光束包含大量分立的频率分量，每种频率分量所形成的光斑在目标靶面非相干叠加，所以光斑内部的细密干涉条纹会被抹平，这样，目标焦面上可获得辐照均匀的光斑，而且光斑大小可灵活地调节，使用一套光学系统即可方便地满足不同条件下对光斑的要求。
本发明的工作原理如下：相位调制器1对入射的窄带激光束进行频率展宽，降低其时间相干性；色散光栅2使宽带激光在空间展开，降低其空间相干性；正透镜列阵3和负透镜列阵4将激光束分割成大量子光束，降低光束近场强度和相位畸变的影响；聚焦透镜5使激光束在目标靶面形成均匀光斑。调节正透镜列阵3和负透镜列阵4之间的距离可改变光斑大小。利用该系统可在目标靶面获得均匀的激光辐照，目标光斑的大小灵活可调，而且光斑内部细密的强度调制被抹平，该均匀辐照系统在高功率激光器中具有重要的应用价值。
Claims (7)
1.一种激光束均匀辐照光学系统，其特征在于包括有依次排列的对入射的窄带激光束进行频率展宽的相位调制器（1）、使宽带激光在空间展开的色散光栅（2）、将激光束分割成大量子光束的正透镜列阵（3）及负透镜列阵（4）、使激光束在目标靶面形成均匀光斑的聚焦透镜（5），且相位调制器（1）、色散光栅（2）、正透镜列阵（3）、负透镜列阵（4）、聚焦透镜（5）的光轴在同一直线上。
2.根据权利要求1所述的激光束均匀辐照光学系统，其特征在于上述正透镜列阵（3）包括有若干个相同的正小透镜元，小透镜元的口径为d，焦距为f 1。
3.根据权利要求2所述的激光束均匀辐照光学系统，其特征在于上述负透镜列阵（4）包括有若干个相同的负小透镜元，小透镜元的口径为d，焦距为f 2，正透镜列阵（3）的小透镜元的口径d与负透镜列阵（4）的小透镜元的口径d相同。
4.根据权利要求3所述的激光束均匀辐照光学系统，其特征在于上述正透镜列阵（3）与负透镜列阵（4）之间距离为s。
5.根据权利要求4所述的激光束均匀辐照光学系统，其特征在于上述聚焦透镜（5）的焦距为f。
6.根据权利要求5所述的激光束均匀辐照光学系统，其特征在于上述光束在聚焦透镜（5）的焦面上形成大小为a的均匀光斑，光斑大小与系统参数的关系为
在系统确定的情况下，f 1、f 2、f和d不变，调节s能使光斑大小发生相应的线性变化。
7.根据权利要求6所述的激光束均匀辐照光学系统，其特征在于上述负透镜列阵（4）固定不动，正透镜列阵（3）能沿光轴移动。
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| CN 201110174772 CN102253493A (zh) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | 一种激光束均匀辐照光学系统 |
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| CN 201110174772 CN102253493A (zh) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | 一种激光束均匀辐照光学系统 |
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