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一文幫您了解光束整形常見的幾種方法

激光制造網(wǎng) 來源:波長光電2023-12-25 我要評論(0 )   

光束整形(Beam Shaping)是一種利用光束控制技術來改變光束的形狀和特性的過程。隨著激光技術的不斷發(fā)展,激光的應用也越來越廣泛,但是在半導體光刻、激光印刷、激光...

光束整形(Beam Shaping)是一種利用光束控制技術來改變光束的形狀和特性的過程。隨著激光技術的不斷發(fā)展,激光的應用也越來越廣泛,但是在半導體光刻、激光印刷、激光加工、光學信息處理等領域中,都對激光光束的均勻性有著一定的要求。然而激光器諧振腔輸出的光束呈高斯分布,這一特性使其往往不能被直接使用,需要通過光束整形來提高均勻性,以滿足應用的需求。目前激光光束整形方法主要包括光闌法、場映射法和多孔徑光束聚焦法。


一、光闌法
光闌法(Aperture Method)是一種常見的光束整形方法,使用的是光闌來調整光束的形狀和大小。在光學設備中,光闌是一個用于限制和調整光束的物理孔徑或開口。通過控制光闌的形狀和大小,可以調整光束的橫截面形狀和大小,從而達到特定的光學性能。例如,將光闌設置為圓形,可以得到一個圓形光束;將光闌設置為矩形,則可以得到一個矩形光束。

在光闌法中,通常使用透鏡或聚焦器將光束聚焦到光闌上,調整光闌的位置和大小來實現(xiàn)所需的光束形狀和性能。光闌法可以用于激光微加工、光纖通信、光學傳感等領域,是一種簡單有效的光束整形方法。

二、場映射法
場映射法(Field Mapping Method)是一種常用的光束整形方法,它通過在光學系統(tǒng)的傳輸路徑中使用特定的光學元件,如透鏡陣列或光柵陣列,來調整光束的形狀和分布。場映射法的基本原理是將輸入光束的場分布映射到輸出光束上,通過調整映射元件的參數(shù),可以改變光束的橫截面形狀、尺寸和強度分布。

在場映射法中,常用的光學元件包括透鏡陣列和光柵陣列。透鏡陣列可以用來調整光束的焦距和聚焦效果,從而改變光束的聚焦性質。光柵陣列則可以用來分割光束和調整光束的相位分布,從而實現(xiàn)形狀和分布的變換。

三、多孔徑光束聚焦法
多孔徑光束聚焦法(Multi-aperture Beam Focusing Method)由微鏡陣列和聚焦元件組成,輸入光束首先被微鏡陣列分成若干子光束,再通過聚焦透鏡對子光束疊加輸出,以實現(xiàn)對光束的整形操作。這種方法適用于空間相干度較低的多模激光器,常用于光刻、激光加工和準分子激光器的整形中。

微鏡陣列材料易獲取,結構緊湊、易于調整,能量損耗較低,在光束整形領域有很好的應用。微鏡陣列有很多種類,常見的有正交光楔陣列、復眼透鏡陣列、微反射鏡陣列、可變焦微透鏡陣列等。微鏡陣列的整形效果受到很多因素制約。其中陣列個數(shù)的影響最大,通常,雙列微鏡系統(tǒng)的光束整形能力是優(yōu)于單列微鏡系統(tǒng)的,這是因為第二列微鏡會充當場鏡陣列,使得入射光束經(jīng)過光學系統(tǒng)后,其輻照光斑的邊緣能量差異降低,進而提高均勻性。

這三種光束整形方法中,光闌法作為傳統(tǒng)光束整形技術具有原理簡單、操作方便等優(yōu)點,但其會造成輸入光束的能量損失。場映射器法經(jīng)過嚴謹?shù)脑O計可以做到有效無損,特別適用于單模激光器的整形。多孔徑光束聚焦法中以 DMD 為代表的微反射陣列由于可主動調節(jié)有著不錯的發(fā)展前景。這些方法常用于激光加工、光通信、光刻、光學顯微鏡、光學測量和生物醫(yī)學等領域,以滿足各種應用的需求。具體選擇哪種方法取決于需要實現(xiàn)的光束整形效果、光源類型、工作波長以及實際應用場景。


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