CN109471267A - 一种激光匀化器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的激光匀化器，所述激光匀化器的表面由多个曲面微透镜构成，任意一所述曲面微透镜的口径为多边形，所述多边形的边数随机设置，任意一所述曲面微透镜的中心点的位置随机设置，任意一所述曲面微透镜的口径边缘交叉点的位置随机，且相邻口径的曲面微透镜紧密排列，由于本发明提供的激光匀化器，每个曲面微透镜在形状、口径边数、口径中心位置、口径边缘位置均是随机分布的，因此在激光入射时其干涉也是随机的，在远场不形成明暗变化的干涉现象，从而克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，特别涉及一种激光匀化器。
背景技术
激光匀化器在激光照明、激光电视、激光医疗、3D成像、激光加工等方面具有非常广泛的应用。目前的激光匀化主要有两种方式：一是采用周期性排布的微透镜阵列的几何匀化系统；二是采用二元台阶式的衍射匀化结构来实现。微透镜阵列由于其结构的周期性强，在激光照射下，因其周期性而产生强烈的干涉效应，在远场形成很强的干涉增强或减弱的区域，严重影响匀化效果；二元台阶式衍射结构由于其零级能量对台阶深度异常敏感，导致零级很难消除，尤其是匀化光斑角度较大时，零级衍射产生的强光会远远高于其他区域,因此应用受限。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种克服传统周期微透镜几何激光匀化和二元衍射匀化结构的限制的激光匀化器。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种激光匀化器，所述激光匀化器的表面由多个曲面微透镜构成，任意一所述曲面微透镜的口径为多边形，所述多边形的边数随机设置，任意一所述曲面微透镜的中心点的位置随机设置，任意一所述曲面微透镜的口径边缘交叉点的位置随机，且相邻口径的曲面微透镜紧密排列。
在一些较佳的实施例中，所述激光匀化器的材料为光学塑料或光学玻璃。
在一些较佳的实施例中，所述激光匀化器中的每个曲面微透镜的形状各不相同。
在一些较佳的实施例中，两个相邻的多边形共用一条边。
在一些较佳的实施例中，所述曲面微透镜包括凸型曲面微透镜和凹型曲面微透镜。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的激光匀化器，所述激光匀化器的表面由多个曲面微透镜构成，任意一所述曲面微透镜的口径为多边形，所述多边形的边数随机设置，任意一所述曲面微透镜的中心点的位置随机设置，任意一所述曲面微透镜的口径边缘交叉点的位置随机，且相邻口径的曲面微透镜紧密排列，由于本发明提供的激光匀化器，每个曲面微透镜在形状、口径边数、口径中心位置、口径边缘位置均是随机分布的，因此在激光入射时其干涉也是随机的，在远场不形成明暗变化的干涉现象，从而克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
此外，由于本发明提供的激光匀化器，通过每一个曲面微透镜的梯度对激光相位进行调制，因此零级能量对子透镜的绝对深度不敏感，不存在能量差异明显的零级光斑，克服了传统二元衍射匀化器中的零级衍射现象，匀化光斑更均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的激光匀化器的曲面微透镜中心点的随机分布情况；
图2为本发明实施例提供的激光匀化器的曲面微透镜的口径边缘随机分布情况；
图3为本发明实施例提供的凹型曲面微透镜的三维结构形貌；
图4为本发明实施例提供的凸型曲面微透镜的三维结构形貌；
图5为本发明实施例提供的凹型曲面结构的远场出射光场分布示例；
图6为本发明实施例提供的凸型曲面结构的远场出射光场分布示例。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种激光匀化器，所述激光匀化器的表面由多个曲面微透镜构成，任意一所述曲面微透镜的口径为多边形，所述多边形的边数随机设置，任意一所述曲面微透镜的中心点的位置随机设置，任意一所述曲面微透镜的口径边缘交叉点的位置随机，且相邻口径的曲面微透镜紧密排列。
可以理解，由于本发明提供的激光匀化器，每个曲面微透镜在形状、口径边数、口径中心位置、口径边缘位置均是随机分布的，因此在激光入射时其干涉也是随机的，在远场不形成明暗变化的干涉现象，从而克服了传统周期性微透镜阵列匀光中的干涉问题。
在一些较佳的实施例中，所述激光匀化器的材料为光学塑料或光学玻璃。
在一些较佳的实施例中，所述激光匀化器中的每个曲面微透镜的形状各不相同。
在一些较佳的实施例中，两个紧密排列的所述曲面微透镜所在的多边形共用一条边。
在一些较佳的实施例中，所述曲面微透镜包括凸型曲面微透镜和凹型曲面微透镜。
可以理解，所述激光匀化器的远场光斑大小由曲面微透镜的口径尺寸和矢高确定，所述激光匀化器的远场光斑的光场分布均匀性由曲面微透镜的面型形状确定。
可以理解，本发明提供的激光匀化器，每一个曲面微透镜的面型为曲面，通过曲面的梯度对激光相位进行调制，因此零级能量对子透镜的绝对深度不敏感，不存在能量差异明显的零级光斑，克服了传统二元衍射匀化器中的零级衍射现象，匀化光斑更均匀。
以下结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1：
在本实施例中，激光匀化器为光学UV塑料，激光匀化器的曲面微透镜的中心点满足图1所示的随机分布；激光匀化器的曲面微透镜口径边缘的分布满足图2所示的随机分布，其中每个子口径的边数不固定，每个子口径的边缘形状均不相同，相邻两个子口径紧密排列，共用一条边，该结构水平方向的平均口径为47微米，竖直方向的平均口径为35微米；激光匀化器的曲面微透镜的三维面型分布如图3所示，每个曲面微透镜口径内部均为凹陷的连续曲面透镜，每个子口径的大小随机；在波长为940nm的平行激光入射下，该匀光器在1米处的匀光光斑如图5所示，该光斑整体接近矩形，无零级和明暗分布的干涉情况，内部光分布均匀。
实施例2：
在本实施例中，激光匀化器为光学玻璃；激光匀化器的曲面微透镜的中心点随机分布；激光匀化器的曲面微透镜口径边缘随机分布，每个子口径的边数不固定，每个子口径的边缘形状均不相同，相邻两个子口径紧密排列，共用一条边，曲面微透镜口径水平方向的平均口径为20微米，竖直方向的平均口径为30微米；激光匀化器的每个曲面微透镜口径内部为如图4所示的连续曲面面型；在波长为650nm的平行激光入射下，该激光匀化器在1米处的匀化光斑如图6所示，匀光光斑整体接近矩形，无零级和明暗分布的干涉情况，内部光分布均匀。
当然本发明的激光匀化器还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (5)
1.一种激光匀化器，其特征在于，所述激光匀化器的表面由多个曲面微透镜构成，任意一所述曲面微透镜的口径为多边形，所述多边形的边数随机设置，任意一所述曲面微透镜的中心点的位置随机设置，任意一所述曲面微透镜的口径边缘交叉点的位置随机，且相邻口径的曲面微透镜紧密排列。
2.如权利要求1所述的激光匀化器，其特征在于，所述激光匀化器的材料为光学塑料或光学玻璃。
3.如权利要求1所述的激光匀化器，其特征在于，所述激光匀化器中的每个曲面微透镜的形状各不相同。
4.如权利要求1所述的激光匀化器，其特征在于，两个相邻的多边形共用一条边。
5.如权利要求1所述的激光匀化器，其特征在于，所述曲面微透镜包括凸型曲面微透镜和凹型曲面微透镜。
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