基于随机位相调控的多台阶波带片阵列激光匀束器的研究

发布时间：2020-06-22 07:26

【摘要】：在激光加工、光刻、激光医疗等领域中,需要得到光强均匀分布的光斑。为了满足各个领域对光束质量的要求,需要将光强呈高斯分布的激光光斑整形成平顶分布,光束匀化技术由此而来。目前光束均匀化方法已有很多种,其中微透镜阵列已广泛应用在光束匀化领域,具有匀束效果好,适应性强,能量利用率高等优点,其缺点主要有三方面:1)由于微透镜阵列的周期性排布和激光的相干性,匀化光斑会受多光束干涉的影响而产生干涉条纹,降低光斑的均匀性。2)微透镜阵列存在死区,填充因子不高。3)由于加工工艺水平的限制,微透镜阵列并不能做到小型化。为了能缩小微透镜阵列的体积,增加它的填充因子。本文使用菲涅耳多台阶波带片作为阵列中的微透镜。菲涅耳波带片具有体积小,填充因子高,设计自由度多等优势。为降低多光束干涉带来的影响,将一种随机位相分布引入透镜阵列,对阵列中每一个菲涅耳微透镜施加0或π的二值化位相变化,打乱阵列位相的周期性排布,减少微透镜后多光束在匀化面干涉带来的影响。通过数值计算对激光束的匀化过程进行了模拟,设计的菲涅耳透镜口径为0.5 mm,焦距为6mm,阵列数目为20×20,光斑整体均匀度达到90%,光束能量利用率达到96%。利用设计和制备的随机位相型菲涅耳透镜阵列对1064 nm波长的激光光束进行匀化,均匀度为83%,光束能量利用率为89%。研究结果表明,通过引入随机位相可有效减少干涉带来的影响,提高微透镜阵列对单模高斯光束的匀束效果。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24
【图文】：

光强分布,伽利略,开普勒,非球面透镜

b)图 1.1 非球面透镜组匀束器a) 开普勒型 b) 伽利略型天津理工大学的史光远等人[6]设计了一种非球面柱面镜传统的轴对称非球面透镜组只能对光强分布进行整形而问题。经过仿真后，得出了均匀度高于 95%，能量利用率光学元件元件是一种衍射型匀束系统，它的原理主要是基于光的体积小、质量轻、高衍射效率、更多的设计自由度、消像光学微系统的应用[29]。在激光匀束的应用中通过设计基底实现对入射光束波前的改变，进而得到光强分布均匀的光束器一样，该器件需严格遵从入射激光的强度分布进行设计光束模型还是不同的，因此会带来误差，而且二元光学当大的，这也是它的一个弊端。大连理工大学的林勇等人[15]提出一种模糊控制迭代算法

液晶空间光调制器,旋光偏振,可控性,偏振片

如图 1.2 所示，其匀束机理是：输入光束经过偏振片 A 后到达液电场的作用下形态会因旋光偏振效应而发生扭曲，折射率与透射实现对输入光束光场的振幅和相位的调制。外加电场可以通过现对光束的实时调控，具有可控性高的优势，但是其调控效果会寸以及间隙的影响[30]。

【参考文献】