[實用新型]一種激光束勻化擴束整形裝置

有效

• 申請號: 201720907497.4
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN207051589U
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 李霞;陳永權;趙建科
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 胡樂

技術領域:

本實用新型涉及一種激光擴束整形裝置，尤其涉及一種高均勻激光束勻化擴束整形裝置。

背景技術：

激光已被廣泛應用在各個領域，如激光加工、高密度全息存儲、慣性約束核聚變等，激光束的光強分布一般呈高斯分布而非均勻分布。在上述應用領域，光束的非均勻性直接影響著激光加工能力、存儲效果和打靶效果等，如何將高斯光束整形成均勻光束是世界上多個國家科技工作者追求的目標，是按當今世界研究的熱點之一。

傳統整形方案主要有以下三類:

一，采用衍射光學元件整形，這種方法光能利用率高，但是破壞了光束的相位分布，不能完整反應激光的特性。

二，擴大激光束的發散角，采用激光高斯光束中心區域的光耦合利用，這種方法保持了光束的相位信息，缺陷是光能利用率很低。

三，采用光調制器件，這種方式一般通過改變光場的偏振度，實現對光場信息的調制，這種方法也改變了光的特性，且成本較高。

實用新型內容：

本實用新型提出一種激光束勻化擴束整形裝置，提高了高斯光束的均勻性，保持了光束的相位信息，且不改變激光束的偏振度。

本實用新型采用的技術解決方案如下：

該激光束勻化擴束整形裝置，主要由沿光軸依次設置的激光器、準直鏡、整形鏡和準直物鏡組成；其中，整形鏡包括平板玻璃、吸收液體和物鏡，所述吸收液體被封閉充滿在平板玻璃與物鏡之間，物鏡與吸收液體接觸的面為球面，吸收液體的折射率與物鏡的折射率系數相同，吸收液體的吸收系數成反高斯分布，激光束經過整形鏡的平板玻璃和吸收液體后，再經整形鏡的物鏡以及所述準直物鏡后，成擴束的均勻平頂高斯光束。

基于以上方案，本實用新型還做了以下重要優化設計：

所述整形鏡與準直物鏡的口徑匹配；擴束倍率由整形鏡的焦距和準直物鏡的焦距決定，滿足：系統的擴束倍率為f₂：f₁，其中f₁為整形鏡的焦距，f₂為準直物鏡的焦距。

所述整形鏡按照以下計算式配置：

設準直的束寬為ω，物鏡與吸收液體接觸面的曲率半徑為ρ，吸收液體的吸收系數為吸收液體的半徑為a，離物鏡光軸為r處的液體厚度為L(r)，則該處的透過率T(r)為：

T(r)＝exp[-αL(r)](1)

式中為吸收液體中心厚度。

所述吸收液體采用有機溶液。

所述平板玻璃由熔石英制成。

本實用新型的優點在于：

利用激光器、準直鏡、整形鏡、準直物鏡的特定組合，并結合吸收液體整形技術，實現了對高斯激光的勻化擴束整形，系統結構簡明、性能穩定、成本低廉。

采用該裝置，使均勻性相對較低的高斯光束轉化為均勻性較好的平頂高斯光束，整形擴束后的激光相位信息未變，偏振信息未變，整形時光能的轉換效率高。

附圖說明：

圖1為本實用新型的基本結構示意圖；

圖2為圖1中整形鏡的細部放大圖。

附圖標號說明：

1-激光器；2-準直鏡；3-整形鏡；301-平板玻璃；302-吸收液體；303-物鏡；4-準直物鏡。

具體實施方式：

如圖1所示，本實用新型主要由激光器1、準直鏡2、整形鏡3和準直物鏡4組成。

工作時，由激光器1發出的激光光束，準直鏡2準直后，形成準直光束，經整形鏡3后，再經準直物鏡4準直后，成均勻的準直擴束激光束。整形鏡3由平板玻璃301、吸收液體302和物鏡303組成；吸收液體被封閉在整形鏡3的平板玻璃和物鏡之間，物鏡303與吸收液體接觸的面為球面，吸收液體的折射率與物鏡的折射率系數相同，吸收液體的吸收系數成反高斯分布，激光束經過整形鏡3的平板玻璃和吸收液體后，成均勻性較好的平頂高斯光束，經整形鏡3中的物鏡和準直物鏡4后，成擴束的均勻平頂高斯光束。擴束倍率由整形鏡3的焦距和準直物鏡4的焦距決定，如整形鏡3的焦距為f₁，準直物鏡4的焦距為f₂，則系統的擴束倍率為f₂：f₁，同時保證整形鏡3和準直物鏡4的口徑匹配，也滿足擴束倍率的關系，激光束通過擴束系統后不受限。

激光器通過準直鏡后，成準直的高斯光束，此高斯光束經過整形鏡時，其強度分布如下：若吸收液體的吸收系數為α，離物鏡光軸為r處的液體厚度為L(r)，則該處的透過率T(r)為：

T(r)＝exp[-αL(r)](1)