CN109445115B - 一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统，属于精密光学系统领域，为了克服现有各种艾里光束产生方法的不足。本发明的激光器输出的光束经过一号凸透镜后经变形镜反射，通过望远镜缩束系统后通过半透半反分光镜后分成第一缩束光和第二缩束光；第一缩束光通过二号凸透镜后入射至图像传感器转换为反馈信号发送至主控计算机，主控计算机先通过驱动电源以泽尼克模式爬山法对变形镜进行初步控制，后根据反馈信号对变形镜进行精确控制，实现产生不同振幅和旋转角度立方相位的高斯光束；第二缩束光通过聚焦透镜在聚焦透镜焦点位置处产生艾里光束。有益效果为生成的艾里光束高质量可调。适用于高能精密激光加工、光学操控、光学成像。

Description

一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统
技术领域
本发明属于精密光学系统领域。
背景技术
无衍射光束由于其独特的传输特性而一直备受关注，艾里光束作为无衍射光束家族中的一员，因其自横向加速，在传播过程中无衍射和自修复等独特特性，在光学显微操作、光学显微镜、激光微加工和弯曲等离子体通道的生成中具有重要应用。采用艾里光束的激光加工系统可获得比普通高斯激光精度更高，深径比更大的加工效果，尤其是在精密加工中，具有极大的应用价值。
艾里光束是用立方相位调制的高斯光束经光学傅立叶变换后产生的，其中产生精确的立方相位的是关键所在。目前，艾里光束可通过特殊设计的微型光学相位板、具有立方体表面的光学元件、空间光调制器(SLM)和倾斜的圆柱形伸缩系统产生。但是前两种方法不能调节，因为它们是为特定波长设计和制造的。SLM是生成可调艾里光束的最常见和最灵活的设备，但是SLM通常需要偏振入射光并且被限制在0～2π的最大相位范围，因此需要相位缠绕来实现更高的相位调制。此外，SLM具有低损坏阈值和低转换效率(通常约40％)，不能承受高能激光。使用倾斜圆柱形伸缩系统是一种低成本的方法，但是调节性能有限，镜头倾斜需要非常精确的对准。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有各种艾里光束产生方法的不足，提出了一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统。
本发明所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统包括激光器、一号凸透镜、变形镜、望远镜缩束系统、半透半反分光镜、二号凸透镜、图像传感器、驱动电源和聚焦透镜；
所述激光器输出的光束经过一号凸透镜后形成平行光束；平行光束经变形镜反射后形成高斯光束，高斯光束通过望远镜缩束系统后形成缩束光；缩束光通过半透半反分光镜后分成第一缩束光和第二缩束光；
第一缩束光通过二号凸透镜后入射至图像传感器，图像传感器将其转换为反馈信号发送至主控计算机，主控计算机在未接收到反馈信号前，主控计算机通过驱动电源以泽尼克模式爬山法对变形镜进行初步控制，实现对高斯光束的初步校正；在主控计算机接收到反馈信号后，主控计算机通过驱动电源根据反馈信号对变形镜进行精确控制，实现产生不同振幅和旋转角度立方相位的高斯光束；
第二缩束光通过聚焦透镜进行光学傅立叶变换后，在聚焦透镜焦点位置处产生艾里光束。
本发明的工作原理为：激光器的输出光束被一号凸透镜扩大成与变形镜口径相匹配的平行光，该平行光经过变形镜反射，通过望远镜系统缩束后被半透半反分光棱镜分成两束，一束光为第一缩束光，另一束光为第二缩束光；第一缩束光通过二号凸透镜入射到图像传感器反馈给主控计算机，主控计算机通过驱动电源先采用泽尼克模式爬山法控制变形镜对系统像差进行无波前校正，其次在校正后的系统上继续控制变形镜，精确地产生不同振幅和旋转角度的立方相位；第二缩束光通过聚焦透镜经光学傅立叶变换后，在焦点位置处产生高质量可调节的艾里光束。
本发明的有益效果是采用了变形镜，通过实时的控制与校正，能精确地产生不同振幅和旋转角度的立方相位，这为生成高质量可调的艾里光束提供了一种简单便捷的方法。
本发明产生的高质量可调节的艾里光束，可用于高能精密激光加工、光学操控、光学成像领域。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统的光路结构示意图；
图2为具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统的控制流程图；
图3为具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生艾里光束系统所产生的不同幅值立方相位下艾利光束的仿真图；
图4为具体实施方式一所述一种基于变形镜产生艾里光束系统所产生的不同幅值立方相位下艾利光束的实验图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统包括激光器1、一号凸透镜2、变形镜3、望远镜缩束系统、半透半反分光镜6、二号凸透镜7、图像传感器8、驱动电源和聚焦透镜10；
所述激光器1输出的光束经过一号凸透镜2后形成平行光束；平行光束经变形镜3反射后形成高斯光束，高斯光束通过望远镜缩束系统后形成缩束光；缩束光通过半透半反分光镜6后分成第一缩束光和第二缩束光；
第一缩束光通过二号凸透镜7后入射至图像传感器8，图像传感器8将其转换为反馈信号发送至主控计算机9，主控计算机9在未接收到反馈信号前，主控计算机9通过驱动电源以泽尼克模式爬山法对变形镜3进行初步控制，实现对高斯光束的初步校正；在主控计算机9接收到反馈信号后，主控计算机9通过驱动电源根据反馈信号对变形镜3进行精确控制，实现产生不同振幅和旋转角度立方相位的高斯光束；主控计算机9为主要控制设备，又是执行控制软件核心算法的器件，还是图像传感器的显示终端；
第二缩束光通过聚焦透镜10进行光学傅立叶变换后，在聚焦透镜10焦点位置处产生艾里光束11；聚焦透镜10焦点位置附近产生的目标光斑为艾里斑。
在本实施方式中，变形镜3能够校正光学系统中的像差，为生成高质量的可调且能承受高能激光的艾里光束提供了一种好的方法。
所述激光器1根据加工要求进行选型；变形镜3采用使用有效口径为15mm单压电片双驱动变形镜；图像传感器(CCD)的分辨率为：1292*964、像素尺寸为3.75μm*3.75μm，图像传感器(CCD)的型号为：MER-125-30UM-L，为避免光线伤害CCD，在CCD上又安装了滤波器；驱动电源采用96通路直流电源，输出电压范围0-200V；主控计算机9中的控制系统使用基于C++编程的变形镜控制程序，程序计算目标电压施加到变形镜各致动器上，产生不同镜面形貌，从而对光路进行控制。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统进一步限定，在本实施方式中，所述变形镜3采用单压电片双驱动变形镜。
在本实施方式中，变形镜3依靠镜面后面的压电陶瓷驱动器推动来发生相应形变：若电压与压电陶瓷极化方向相同，产生凸变形，若电压与压电陶瓷极化方向相反，产生凹变形，因此变形镜3能够产生相应面形来精确地产生不同振幅和旋转角度的立方相位；单压电片双驱动变形镜具有大行程，低成本和高损伤阈值的优点，可生成高质量的艾里光束。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统进一步限定，在本实施方式中，所述变形镜3的镜面材料为硅片、石英片或金属片。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统进一步限定，在本实施方式中，所述变形镜3的反光区镀具有高反射率的金属膜或介质膜。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统进一步限定，在本实施方式中，所述变形镜3为水冷变形镜。
在本实施方式中，水冷变形镜针对高功率激光场合。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统进一步限定，在本实施方式中，所述望远镜缩束系统包括三号凸透镜4和四号凸透镜5；
所述三号凸透镜4的焦距大于四号凸透镜5的焦距。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统进一步限定，在本实施方式中，激光器1不局限于某一类，激光器1可以为连续激光器，也可以为脉冲激光器，也可以为固体激光器，也可以为气体激光器。

Claims (5)

1.一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统，其特征在于，该系统包括激光器(1)、一号凸透镜(2)、变形镜(3)、望远镜缩束系统、半透半反分光镜(6)、二号凸透镜(7)、图像传感器(8)、驱动电源和聚焦透镜(10)；
所述激光器(1)输出的光束经过一号凸透镜(2)后形成平行光束；平行光束经变形镜(3)反射后形成高斯光束，高斯光束通过望远镜缩束系统后形成缩束光；缩束光通过半透半反分光镜(6)后分成第一缩束光和第二缩束光；
所述变形镜(3)为水冷变形镜；
所述望远镜缩束系统包括三号凸透镜(4)和四号凸透镜(5)；
所述三号凸透镜(4)的焦距大于四号凸透镜(5)的焦距；
第一缩束光通过二号凸透镜(7)后入射至图像传感器(8)，图像传感器(8)将其转换为反馈信号发送至主控计算机(9)，主控计算机(9)在未接收到反馈信号前，主控计算机(9)通过驱动电源以泽尼克模式爬山法对变形镜(3)进行初步控制，实现对高斯光束的初步校正；在主控计算机(9)接收到反馈信号后，主控计算机(9)通过驱动电源根据反馈信号对变形镜(3)进行精确控制，实现产生不同振幅和旋转角度立方相位的高斯光束；
第二缩束光通过聚焦透镜(10)进行光学傅立叶变换后，在聚焦透镜(10)焦点位置处产生艾里光束(11)。
2.根据权利要求1所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统，其特征在于，所述变形镜(3)采用单压电片双驱动变形镜。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统，其特征在于，所述变形镜(3)的镜面材料为硅片、石英片或金属片。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统，其特征在于，所述变形镜(3)的反光区镀具有高反射率的金属膜或介质膜。
5.根据权利要求1所述的一种基于变形镜产生可调艾里光束的系统，其特征在于，所述激光器(1)为连续激光器、脉冲激光器、固体激光器或气体激光器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111240029B (zh) * 2020-03-18 2021-09-10 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种贝塞尔光束产生装置及其产生方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19944771A1 (de) * 1999-09-17 2001-04-12 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren zum Empfangen und Verarbeiten von beim Passieren der Atmosphäre verzerrten optischen Signalen
CN103018918A (zh) * 2013-01-18 2013-04-03 苏州大学 一种产生径向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法及其装置
CN103760666A (zh) * 2014-01-16 2014-04-30 浙江师范大学 基于光波可逆传输的自适应光学波前校正环路
CN106873152A (zh) * 2017-01-11 2017-06-20 浙江大学 一种基于机器学习的高速像差校正方法
CN107329274A (zh) * 2017-05-10 2017-11-07 浙江师范大学 基于g‑s算法产生艾里光束的装置及其方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19944771A1 (de) * 1999-09-17 2001-04-12 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren zum Empfangen und Verarbeiten von beim Passieren der Atmosphäre verzerrten optischen Signalen
CN103018918A (zh) * 2013-01-18 2013-04-03 苏州大学 一种产生径向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法及其装置
CN103760666A (zh) * 2014-01-16 2014-04-30 浙江师范大学 基于光波可逆传输的自适应光学波前校正环路
CN106873152A (zh) * 2017-01-11 2017-06-20 浙江大学 一种基于机器学习的高速像差校正方法
CN107329274A (zh) * 2017-05-10 2017-11-07 浙江师范大学 基于g‑s算法产生艾里光束的装置及其方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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基于全息打印的艾里光束加速轨迹大幅调控方法;吴琼;任志君;金洪震;;中国激光(08);全文 *

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