CN104267504B - 一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法 - Google Patents
一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104267504B CN104267504B CN201410531843.4A CN201410531843A CN104267504B CN 104267504 B CN104267504 B CN 104267504B CN 201410531843 A CN201410531843 A CN 201410531843A CN 104267504 B CN104267504 B CN 104267504B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens array
- micro lens
- center
- abaxile
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 title abstract description 11
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 6
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0955—Lenses
- G02B27/0961—Lens arrays
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，涉及激光照明、投影和加工等激光整形应用领域。发明针对微透镜列阵实现激光光束整形匀化时，由于微透镜列阵的周期性和激光的相干性，在目标面产生周期性点阵，降低了光束匀化效果的问题，提出一种利用中心离轴型微透镜列阵结构消除点阵效应以实现激光光束匀化的方法。通过设计微透镜列阵中的子透镜单元位置，获取子透镜单元中心离轴分布的微透镜列阵，利用离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性，消除目标面处的相干条纹，实现高均匀性的光斑分布。本发明能够有效消除激光光束整形中的点阵效应，是一种实用的光束整形方法，具有较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及激光光束整形领域，具体涉及一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化的方法。
背景技术
在激光照明、投影和加工等激光整形领域应用中，由于相干激光光束的强度为高斯分布，往往需要变换为平顶分布来实现其光束匀化的目的。目前常用的激光束整形光束匀化的方法有两种，一种是衍射型的，一种是折射型的。衍射型光束匀化元件由于受其设计思想限制，一般工作频段较窄，适用于光谱范围小的特定工作场合，不具有通用性。另外，衍射元件非连续表面轮廓所引起的杂散光较多，降低了能量利用率。而折射型光束匀化元件具有较长的工作频段，适用于更宽的光谱范围，且杂散光较少能够满足大部分的使用要求。
通常折射型光束匀化元件，分为单片式和双片式。结构上的主要区别是单片式由一个常规微透镜列阵和一个傅立叶透镜组成；双片式由两个相同的常规微透镜列阵和一个傅立叶透镜组成。而这两种折射型光束匀化元件的匀化光束的原理一致，区别是双片式的对具有一定发散角的入射光有一定的容差。其光束匀化的原理是微透镜列阵把光源光束分成多个小光束，再通过傅里叶透镜或者微透镜列阵和傅里叶透镜使所有的小光束都铺满整个目标光斑区域；多个小光束相互叠加，由于是轴对称系统，小光束的不均匀性相互抵消，最终在接收屏幕上形成均匀的目标光斑。
然而，应用于激光光束匀化时，由于激光具有较强的相干性，傅里叶透镜对分割后的周期性的细光束进行一次傅里叶变换作用，周期性结构的傅里叶变换仍具有周期性，目标面上将产生周期性分布的点列阵，将大大降低微透镜列阵匀化效果。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，消除匀化过程中的点阵效应以实现高均匀性光斑，满足实用化的要求。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，中心离轴型微透镜列阵将入射激光光束分成多个小光束，再经过周期性微透镜列阵以及傅里叶透镜作用，使所有的小光束相互叠加铺满整个目标光斑区域，从而相互抵消小光束间的不均匀性，以实现激光光束的匀化。
所述中心离轴型微透镜列阵中的各个子透镜单元的口径和焦距相同。
所述中心离轴型微透镜列阵中的各个子透镜单元的中心离轴分布，中心离轴量随机产生。
所述周期性微透镜列阵中的各个子透镜单元的周期性分布。
所述周期性微透镜列阵中的子透镜单元的口径、焦距以及阵列数与所述中心离轴型微透镜列阵中的子透镜单元相同。
所述周期性微透镜列阵中的子透镜单元的口径与所述中心离轴型微透镜列阵中的子透镜单元的口径一一对准。
所述周期性微透镜列阵放置于所述中心离轴型微透镜列阵之后，两个微透镜列阵之间的距离可以自由设计。
所述傅里叶透镜放置于所述周期性微透镜列阵之后的任意位置，该位置根据应用需求自由设计。
在所述傅里叶透镜的焦平面上获得匀化后的光斑。
本发明的有益效果在于：利用中心离轴型微透镜列阵结构，打破微透镜列阵的周期性的激光匀化方法，可以有效消除目标面处的相干条纹产生的点阵效应，实现高均匀性的光斑分布，是一种实用的光束整形方法，可以在激光加工和照明等方向有较大的应用前景。且中心离轴型微透镜列阵为折射型器件，具有较长的工作频段，适用于较宽的光谱范围，杂散光较少能够满足诸多应用需求。
附图说明
图1为本发明基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法的系统结构示意图；
图2为实施例中一种中心离轴型微透镜列阵中子透镜单元设计示意图；
图3为实施例中一种中心离轴型微透镜列阵的相位分布图；
图4为实施例中一种周期性微透镜列阵的相位分布图；
图5为实施例中一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法的匀化光斑图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
具体实施例中一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法的系统结构如图1所示。中心离轴型微透镜列阵2将入射激光光束1分成多个小光束，再经过周期性微透镜列阵4以及傅里叶透镜6作用，使所有的小光束相互叠加铺满整个目标光斑区域9，从而相互抵消小光束间的不均匀性，以实现激光光束的匀化。
整体系统包括中心离轴型微透镜列阵2、周期性微透镜列阵4以及傅里叶透镜6，它们的中心均位于主光轴0上。中心离轴型微透镜列阵2中的各个子透镜单元的口径和焦距相同，分别为500μm和47.48mm；但是各个子透镜单元的中心离轴分布，其设计方法如图2所示，中心离轴型微透镜列阵的子透镜单元10的中心与周期性微透镜列阵的子透镜单元11的中心存在一个离轴量12。本实施例中设计的最大离轴量为500μm，各个子透镜单元的中心离轴量在500μm范围内随机产生，微透镜列阵相位分布图如图3所示。
周期性微透镜列阵4中的各个子透镜单元的周期性分布，其子透镜单元的口径、焦距以及阵列数与中心离轴型微透镜列阵中的子透镜单元相同，分别为500μm、47.48mm和20×20，相位分布图如图4所示。
如图1中5所示，在实际应用过程中周期性微透镜列阵中的子透镜单元的口径与中心离轴型微透镜列阵中的子透镜单元的口径一一对准。而周期性微透镜列阵与中心离轴型微透镜列阵之间的距离3可以自由设计。该实施例中，设计距离3的值为47.48mm，即中心离轴型微透镜列阵的焦距。
傅里叶透镜6放置于周期性微透镜列阵之后的任意位置，两者之间的距离7根据应用需求自由设计。该实施例设计距离7为30mm，傅里叶透镜的焦距为50cm，在与傅里叶透镜距离8的位置处，也即傅里叶透镜的焦平面上，获得最终匀化后的光斑9。
匀化后的光斑9的大小满足其中D为子透镜单元的口径；F为傅里叶透镜的焦距；f1为中心离轴型微透镜列阵的子透镜单元焦距；f2为周期性微透镜列阵的子透镜单元焦距；d为中心离轴型微透镜列阵与周期型微透镜列阵之间的距离。那么，最终获得的光斑大小为5.27mm，如图5所示，
通过设计微透镜列阵中的子透镜单元位置，获取子透镜单元中心离轴分布的微透镜列阵，利用离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性，可以消除目标面处的相干条纹，实现高均匀性的光斑分布。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (7)
1.一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：中心离轴型微透镜列阵将入射激光光束分成多个小光束，再经过周期性微透镜列阵以及傅里叶透镜作用，使所有的小光束相互叠加铺满整个目标光斑区域，从而相互抵消小光束间的不均匀性，以实现激光光束的匀化；
所述中心离轴型微透镜列阵中的各个子透镜单元的口径和焦距相同；
所述中心离轴型微透镜列阵中的各个子透镜单元的中心离轴分布，中心离轴量随机产生。
2.根据权利要求1所述的基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：所述周期性微透镜列阵中的各个子透镜单元的周期性分布。
3.根据权利要求1所述的基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：所述周期性微透镜列阵中的子透镜单元的口径、焦距以及阵列数与所述中心离轴型微透镜列阵中的子透镜单元相同。
4.根据权利要求1所述的基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：所述周期性微透镜列阵中的子透镜单元的口径与所述中心离轴型微透镜列阵中的子透镜单元的口径一一对准。
5.根据权利要求1所述的基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：所述周期性微透镜列阵放置于所述中心离轴型微透镜列阵之后，两个微透镜列阵之间的距离可以自由设计。
6.根据权利要求1所述的基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：所述傅里叶透镜放置于所述周期性微透镜列阵之后的任意位置，该位置根据应用需求自由设计。
7.根据权利要求1所述的基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法，其特征在于：在所述傅里叶透镜的焦平面上获得匀化后的光斑。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410531843.4A CN104267504B (zh) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | 一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410531843.4A CN104267504B (zh) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | 一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104267504A CN104267504A (zh) | 2015-01-07 |
| CN104267504B true CN104267504B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=52159038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410531843.4A Active CN104267504B (zh) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | 一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104267504B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104953465B (zh) * | 2015-06-04 | 2018-11-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 基于空间频谱分割处理的激光二极管阵列光束的匀化装置 |
| CN104991347A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 基于微透镜阵列的激光整形照明器 |
| AT519863B1 (de) * | 2017-09-27 | 2018-11-15 | Zkw Group Gmbh | Kraftfahrzeubeleuchtungsvorrichtung mit unterteilte Mikro-Eintrittsoptiken aufweisenden Mikrooptik-Systemen |
| US10875094B2 (en) * | 2018-03-29 | 2020-12-29 | Vulcanforms Inc. | Additive manufacturing systems and methods |
| CN108803209A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-13 | 广东水利电力职业技术学院（广东省水利电力技工学校） | 一种激光控制投影仪系统及控制方法、信息处理终端 |
| DE102018211972B4 (de) * | 2018-07-18 | 2020-04-23 | Trumpf Laser Gmbh | Optische Anordnung zur variablen Erzeugung eines Multifoki-Profils, sowie Verfahren zum Betrieb und Verwendung einer solchen Anordnung |
| CN110405227B (zh) * | 2019-08-08 | 2020-07-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于离轴微透镜加工的定点旋转切削方法 |
| CN111880315A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种激光照明设备 |
| CN114460755A (zh) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 西安立芯光电科技有限公司 | 一种半导体激光匀光技术及模组 |
| CN112769025A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-07 | 中国科学院微电子研究所 | 光学整形装置及方法 |
| CN113284989A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-08-20 | 北京火龙果科学仪器有限公司 | 一种Micro LED芯片剥离装置、剥离机及剥离机使用方法 |
| CN115185093A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-10-14 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种平顶激光光束整形方法 |
| CN116381953B (zh) * | 2023-06-02 | 2023-08-11 | 季华实验室 | 激光整形装置 |
| CN116381954B (zh) * | 2023-06-05 | 2023-09-22 | 河南百合特种光学研究院有限公司 | 一种高斯转平顶紫外激光整形镜头系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1573418A (zh) * | 2003-06-18 | 2005-02-02 | 翰兹-利索兹切科专利管理有限公司及两合公司 | 用于使光束成型的装置 |
| CN101305309A (zh) * | 2005-09-30 | 2008-11-12 | Limo专利管理有限及两合公司 | 用于使光均匀化的装置 |
-
2014
- 2014-10-10 CN CN201410531843.4A patent/CN104267504B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1573418A (zh) * | 2003-06-18 | 2005-02-02 | 翰兹-利索兹切科专利管理有限公司及两合公司 | 用于使光束成型的装置 |
| CN101305309A (zh) * | 2005-09-30 | 2008-11-12 | Limo专利管理有限及两合公司 | 用于使光均匀化的装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Beam homogenizers based on chirped;FrankWippermann;《optics express》;20070504;全文 * |
| Laser Beam Homogenizing: Limitations and Constraints;Reinhard Voelkel;《Proc. of SPIE》;20081231;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104267504A (zh) | 2015-01-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104267504B (zh) | 一种基于中心离轴型微透镜列阵的激光光束匀化方法 | |
| CN103246066B (zh) | 一种对面阵半导体激光光束进行匀化处理的光学系统 | |
| EP3864341B1 (de) | Abblendlichtscheinwerfer | |
| RU2539680C2 (ru) | Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством | |
| DE112016002739T5 (de) | Scheinwerfervorrichtung und Beleuchtungsvorrichtung | |
| DE102015216985A1 (de) | Projektionsvorrichtung und Verfahren zur Projektion mit optischen Freiformflächen | |
| US9323052B2 (en) | Lithography pupil shaping optical system and method for generating off-axis illumination mode | |
| CN104991347A (zh) | 基于微透镜阵列的激光整形照明器 | |
| CN105511087A (zh) | 基于复眼透镜的激光显示匀场整形装置 | |
| CN105372818B (zh) | 用于发散激光束的光束整形方法 | |
| CN201673310U (zh) | 一种用于产生具有均匀角度分布激光射线的装置 | |
| CN105143962B (zh) | 用于均匀化激光辐射的设备 | |
| CN100510782C (zh) | 分束器设备 | |
| CN104949013A (zh) | 大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统 | |
| Wang et al. | Analytical model of microlens array system homogenizer | |
| US9547176B2 (en) | Device for generating laser radiation having a linear intensity distribution | |
| CN102679265A (zh) | 一种利用自由曲面透镜实现光束匀光控制的方法 | |
| CN102498428A (zh) | 产生用于处理基底的光束的光学系统 | |
| CN202886732U (zh) | 补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备 | |
| CN103105737B (zh) | 使用拼接的多光源的光刻装置 | |
| Cao et al. | Center off-axis tandem microlens arrays for beam homogenization | |
| CN105301781B (zh) | 可消除零极点的光学系统及其光场发散角调节方法 | |
| CN105301790B (zh) | 可消除中心亮点的光学系统及其光照发散角调节方法 | |
| WO2009079971A2 (de) | Optoelektronische vorrichtung und bildaufnahmegerät | |
| CN104808345A (zh) | 一种半导体激光器的发光点旋转密排整形装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |