[發(fā)明專利]一種用于實(shí)現(xiàn)高斯光束整形為平頂光束的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310351282.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN103399408A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胥全春;俞建杰;劉永凱;周彥平;于思源;杜繼東;謝小龍;高鵬濤;馬晶;譚立英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非成像光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于將高斯光束整形為平頂光束的方法。

背景技術(shù)

自激光問世以來，其受到了廣泛的應(yīng)用。在有的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)す馐木鶆蛐杂休^高要求，例如在激光光刻、激光加工、激光存儲(chǔ)和記錄、醫(yī)療領(lǐng)域等方面，因此需要通過特殊的設(shè)計(jì)方法將高斯光束整形為均勻分布的平頂光束。

光束的整形方法有很多，利用二元光學(xué)元件、非球面透鏡組、全息濾波器、振幅調(diào)制光柵、液晶空間光調(diào)制器、微透鏡陣列整形、雙折射透鏡組、相位型光束整形均可將高斯光束整形為平頂光束。

比較而言，非球面透鏡組的方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是基本未考慮衍射效應(yīng)。二元光學(xué)元件整形的理論基礎(chǔ)（光波的衍射理論）相對(duì)來說更完整，目前一般采用迭代算法進(jìn)行求解得到相位分布；迭代算法主要分為全局算法和局部算法，全局算法能有效找到最優(yōu)值，但是計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，局部算法計(jì)算時(shí)間短，但是算法中初始相位的設(shè)定對(duì)結(jié)果影響很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決全局算法計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，局部算法初始相位的設(shè)定對(duì)結(jié)果影響很大的問題，而提供了一種用于實(shí)現(xiàn)高斯光束整形為平頂光束的方法。

用于實(shí)現(xiàn)高斯光束整形為平頂光束的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）確定高斯光束的直徑D₁，平頂光束的直徑D₂，以及兩個(gè)光學(xué)元件的間距L：若激光高斯光束的半徑為R₁，則D₁=2R₁；若需求的平頂光束的半徑為R₂，則D₂=2R₂；為保證經(jīng)過光學(xué)整形元件后的光線的偏角盡可能的小，一般取L≥D₁；

（2）根據(jù)能量守恒計(jì)算平頂光束的光強(qiáng)；

（3）根據(jù)光線追跡建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；

（4）計(jì)算光線偏角：由幾何關(guān)系，可以確定

sinθ=r2-r1L;]]>

（5）確定整形元件的初始相位分布：由光程函數(shù)與光線偏角間的關(guān)系，可以得到

dφ1(r1)dr1=sinθ]]>

對(duì)上式積分，得到整形元件的初始相位分布；

（6）確定相位校正元件的初始相位分布；

（7）局部算法優(yōu)化計(jì)算相位分布：利用光線追跡求得整形元件和相位校正元件的初始相位分布和后，將其作為局部算法的初始量，通過GS算法優(yōu)化計(jì)算，最后求得優(yōu)化后的相位分布，即完成了利用光線追跡法和局部算法求得整形元件和相位校正元件的相位，實(shí)現(xiàn)了高斯光束整形為平頂光束。

發(fā)明效果：

本發(fā)明利用光線追跡法得到了整形元件和相位校正元件的初始相位，然后通過將初始相位代入局部算法中得到了整形元件和相位校正元件的優(yōu)化相位分布，整形元件和相位校正元件的組合能夠?qū)崿F(xiàn)將高斯光束整形為平頂光束，整形后的平頂光束的均勻性理論上能接近100%，滿足一些特殊應(yīng)用。而且局部算法計(jì)算所用時(shí)間大約為全局算法計(jì)算所用時(shí)間的百分之一，同時(shí)把光線追跡得到的初始相位帶入局部算法后，最后得到的優(yōu)化相位分布更有利于加工。

附圖說明

圖1是本發(fā)明流程圖；

圖2是具體實(shí)施方式一中高斯光束整形為平頂光束的結(jié)構(gòu)圖，1為整形元件，2為相位校正元件；

圖3是具體實(shí)施方式一中高斯光束整形為平頂光束的原理圖；

圖4是具體實(shí)施方式一中的光程函數(shù)與光線偏角間的關(guān)系圖；

圖5是具體實(shí)施方式四中的高斯光束的波形圖；