CN206400197U - 一种匀化光斑的装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种匀化光斑的装置，所述装置包括：入射面和出射面；其中，所述入射面包括非均匀排列的微单元阵列，所述微单元阵列用于将入射到所述入射面上的光束进行扩束；所述出射面用于将经所述微单元阵列扩束后的光束出射。本实用新型还提供一种匀化光斑的系统，通过本实用新型提供的匀化光斑的装置及系统，能够有效地实现光斑的匀化，并且体积小，重量轻。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器光束整形领域，尤其涉及一种匀化光斑的装置及系统。
背景技术
图1为现有技术中激光光束的整形示意图，如图1所示，所示透镜的入射面为等曲率的柱面阵列或球面阵列，出射面可以为平面，也可以为相应的阵列面。由于入射面上的阵列呈均匀分布，因此其对激光束实现了等微分。每个微分单元形成激光束的高斯分布特性相似，光束由出射面出射之后叠加，则形成高斯因子较大的高斯分布（如图1所示，高斯分布光束的能量分布状态为斜坡+平顶+斜坡状态，斜坡为能量过渡的非均匀区），难以形成呈平顶分布的光束。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种匀化光斑的装置及系统，能够在实现扩束的同时，有效地实现光斑的匀化，即将呈高斯分布的光束转化为平顶分布，使得光斑在相应的尺寸范围内，分布更加均匀，并且体积小，重量轻。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提供一种匀化光斑的装置，所述装置包括：入射面和出射面；其中，所述入射面包括非均匀排列的微单元阵列，所述微单元阵列用于将入射到所述入射面上的光束进行扩束；所述出射面用于将经所述微单元阵列扩束后的光束出射。
上述方案中，所述微单元为凸面结构；所述非均匀排列为各个凸面微单元之间中心间距相同，曲率半径不同。
上述方案中，所述微单元为凹面结构；所述非均匀排列为各个凹面微单元之间中心间距相同，曲率半径不同。
上述方案中，所述微单元为锯齿形结构；所述非均匀排列为各个锯齿形微单元之间中心间距不同，且夹角不同。
上述方案中，所述非均匀排列的微单元阵列从中间到两侧，曲率半径或夹角由小到大渐变。
上述方案中，所述凹面结构为：凹柱面、或凹球面、或凹非球面；所述凸面结构为：凸柱面、或凸球面、或凸非球面；所述锯齿形结构为：锯齿形柱面、或锯齿形球面、或锯齿形非球面。
上述方案中，所述装置包括透镜。
本实用新型还提供一种匀化光斑的系统，所述系统包括：上述匀化光斑的装置、第一整形装置、以及第二整形装置；其中，所述第一整形装置，设置在光束出光方向上，位于所述匀化光斑装置的前端，用于对光束进行准直和扩束，使得经准直和扩束后的光束与所述匀化光斑装置相匹配；所述第二整形装置，设置在光束出光方向上，位于所述匀化光斑装置的后端，用于对光束进行扩束。
上述方案中，所述第一整形装置的数量为一个或多个，所述第二整形装置的数量为一个或多个。
附图说明
图1为现有技术中激光光束整形示意图；
图2为本实用新型匀化光斑的装置实施例一的结构示意图；
图3为本实用新型匀化光斑的装置实施例一的光路示意图；
图4为本实用新型匀化光斑的装置实施例二的结构示意图；
图5为本实用新型匀化光斑的装置实施例二的光路示意图；
图6为本实用新型匀化光斑的装置实施例三的结构示意图；
图7为本实用新型匀化光斑的装置实施例三的光路示意图；
图8为本实用新型匀化光斑的系统实施例的结构及光路示意图。
具体实施方式
本实用新型的原理是：通过预先设计入射面上中心微单元的曲率半径或夹角、以及渐变方程，设置入射面上的微单元阵列的中心间距、以及曲率半径或夹角，使得所述入射面上的微单元阵列呈非均匀排列形式，即所述非均匀排列的微单元阵列从中间到两侧，曲率半径或夹角由小到大渐变。光束入射到所述入射面上，由所述微单元阵列对光束进行不同程度的微分。光束经所述微单元阵列扩束后，经出射面出射，出射中心区域形成大角度高斯分布，两侧逐渐由大到小的小角度高斯分布，相互补偿叠加实现平顶分布，即实现光斑的匀化。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。
实施例一
图2为本实用新型匀化光斑的装置实施例一的结构示意图，图3为本实用新型匀化光斑的装置实施例一的光路示意图。如图2、图3所示，所述装置的入射面上分布有非均匀排列的呈凸面结构的微单元阵列，所述非均匀排列具体为：各个凸面微单元之间的中心间距相同，曲率半径不同。这里，所述微单元阵列，即各凸面微单元，从中间到两侧，曲率半径由小到大渐变，所述两侧的渐变可以以中心区域呈互相对称，也可以不对称。这里，所述各个凸面微单元之间的中心间距也可以不同，即所述各凸面微单元间距和曲率半径之间呈非线性变化，具体可根据实际需求将曲率变化和间距变化配合设计。
入射到所述入射面上的光束，经过所述非均匀排列的微单元阵列的扩束，经出射面出射，出射后光束的中心区域形成大角度的高斯分布，两侧区域形成逐渐变小的小角度高斯分布，相互补偿叠加后形成平顶分布，即实现光斑的匀化。
实施例二
图4为本实用新型匀化光斑的装置实施例二的结构示意图，图5为本实用新型匀化光斑的装置实施例二的光路示意图。如图4、图5所示，所述装置的入射面上分布有非均匀排列的呈凹面结构的微单元阵列，所述非均匀排列具体为：各个凹面微单元之间的中心间距相同，曲率半径不同。这里，所述微单元阵列，即各凹面微单元，从中间到两侧，曲率半径由小到大渐变，所述两侧的渐变可以以中心区域呈互相对称，也可以不对称。这里，所述各个凹面微单元之间的中心间距也可以不同，即所述各凹面微单元间距和曲率半径之间呈非线性变化，具体可根据实际需求将曲率变化和间距变化配合设计。
入射到所述入射面上的光束，经过所述非均匀排列的微单元阵列的扩束，经出射面出射，出射后光束的中心区域形成大角度的高斯分布，两侧区域形成逐渐变小的小角度高斯分布，相互补偿叠加后形成平顶分布，即实现光斑的匀化。
实施例三
图6为本实用新型匀化光斑的装置实施例三的结构示意图，图7为本实用新型匀化光斑的装置实施例三的光路示意图。如图6、图7所示，所述装置的入射面上分布有非均匀排列的呈锯齿形结构的微单元阵列，所述非均匀排列具体为：各个锯齿形微单元之间的中心间距不同，夹角也不同。这里，所述微单元阵列，即各锯齿形微单元，从中间到两侧，间距、以及夹角由小到大渐变，所述两侧的渐变可以以中心区域呈互相对称，也可以不对称。
入射到所述入射面上的光束，经过所述非均匀排列的微单元阵列的扩束，经出射面出射，出射后光束的中心区域形成大角度的高斯分布，两侧区域形成逐渐变小的小角度高斯分布，相互补偿叠加后形成平顶分布，即实现光斑的匀化。
需要说明的是，本实用新型中所述的凹面结构可以为：凹柱面、或凹球面、或凹非球面；凸面结构可以为：凸柱面、或凸球面、或凸非球面；锯齿形结构为：锯齿形柱面、或锯齿形球面、或锯齿形非球面。
所述匀化光斑的装置可以包括但不限于透镜等。
图8为本实用新型匀化光斑的系统实施例的结构及光路示意图，如图8所示，本实用新型还提供一种匀化光斑的系统，所述系统包括上述匀化光斑的装置、第一整形装置、以及第二整形装置；其中，
所述第一整形装置，设置在光束出光方向上，位于所述匀化光斑装置的前端，用于对光束进行准直和扩束，使得经准直和扩束后的光束与所述匀化光斑装置相匹配；
所述第二整形装置，设置在光束出光方向上，位于所述匀化光斑装置的后端，用于对光束进行扩束。
具体的，所述第一整形装置的数量为一个或多个，所述第二整形装置的数量为一个或多个。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种匀化光斑的装置，其特征在于，所述装置包括：入射面和出射面；其中，
所述入射面包括非均匀排列的微单元阵列，所述微单元阵列用于将入射到所述入射面上的光束进行扩束；
所述出射面用于将经所述微单元阵列扩束后的光束出射。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微单元为凸面结构，所述凸面结构为：凸柱面、或凸球面、或凸非球面；所述非均匀排列为各个凸面微单元之间中心间距相同，曲率半径不同。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微单元为凹面结构，所述凹面结构为：凹柱面、或凹球面、或凹非球面；所述非均匀排列为各个凹面微单元之间中心间距相同，曲率半径不同。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微单元为锯齿形结构，所述锯齿形结构为：锯齿形柱面、或锯齿形球面、或锯齿形非球面；所述非均匀排列为各个锯齿形微单元之间中心间距不同，且夹角不同。
5.根据权利要求2至4任一项所述的装置，其特征在于，所述非均匀排列的微单元阵列从中间到两侧，曲率半径或夹角由小到大渐变。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括透镜。
7.一种匀化光斑的系统，其特征在于，所述系统包括：权利要求1至6任一项所述匀化光斑的装置、第一整形装置、以及第二整形装置；其中，
所述第一整形装置，设置在光束出光方向上，位于所述匀化光斑装置的前端，用于对光束进行准直和扩束，使得经准直和扩束后的光束与所述匀化光斑装置相匹配；
所述第二整形装置，设置在光束出光方向上，位于所述匀化光斑装置的后端，用于对光束进行扩束。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一整形装置的数量为一个或多个，所述第二整形装置的数量为一个或多个。
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| CN201621298513.6U CN206400197U (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种匀化光斑的装置及系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108445640A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-24 | 北京控制工程研究所 | 一种相对位姿视觉测量敏感器用同轴均匀照明系统 |
| CN109604837A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-12 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种无锥度激光加工方法及加工装置 |
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