激光光束的整形技术

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1、万方数据．林勇等：激光光束的整形技术《激光杂志))2008年第29卷第6期LASERJOURNAL(V01．29．No．6．2008)·综合评述·激光光束的整形技术林勇，胡家升(大连理工大学电子与信息工程学院，大连116024)提要：本文简要概括了激光光束整形技术的发展和研究现状。就几种典型的光束整形技术，如非球面透镜组整形、微透镜阵列整形、衍射光学元件整形、双折射透镜组整形j液晶空间光调制器和圆锥镜等整形技术作了分类评述和讨论。介绍了各种整形的技术特点和实现方法，指出了这些整形技术尚待解决的一些问题，并展望了它们的可能应用领域和发展前景。关键词：光束整形；高

2、斯光束；强度分布均匀化，长焦深中图分类号：TN248．1文献标识码：A文章编号：0253—2743(20惦)06—0001—04事衍射光学元件设计与应用方面的研究。万方数据2林勇等：撤光光束的整形技术《激光杂志)2008年第29卷第6期LASERJouRNAL(V01．29．No．6．2008)图2a双折射透镜图2b液晶空间光调制组整形系统结构器光束整形系统结构通过计算机辅助设计能够很怏、较好的确定整形元件的相位分布，但在元件生产制造上目前还受一些加工技术条件的限制，如相位片的精确厚度及元件边缘结构的精确量化控制【57]等。但随着设计理论、加工工艺、复制工艺等

3、的不断完善，在可预见的将来，利用衍射光学元件进行光束整形必将有着越来越广泛的应用前景。2．4双折射透镜组上述所提方法中存在一个共同的缺点：即每个器件是针对特定的光束参数而设计的，造好的器件不能随光束灵活地调节其透过率函数，劳伦兹．利弗莫尔国家实验室提出的双折射透镜组系统【18】解决了这个问题，并巧妙而方便的实现了激光束的空间整形。该系统由两对双折射晶体透镜Ll、12、【3、L4和一个检偏器P组成，如图2a所示。晶体的主轴方向垂直于光轴方向。L1和L4是两个完全相同的平凸透镜，对于偏振光透镜中心相当于L／2波片，有效通光孔径边缘相当于L／4波片，两镜对称排列：1

4、2和L3是两个完全相同的平凹透镜，中心相当于L／4波片，有效通光口径边缘相当于L／2波片，两镜对称放置；让透镜L1，L4的主轴平行并保持不动，透镜【2和13的主轴平行并作为一个整体可以绕系统的光轴旋转至任意角度。激光器输出的线偏振光束通过该系统时，调节透镜组L2和L3的主轴与透镜组Ll和L4的主轴的夹角，使入射到检偏器上的光束在不同的位置有不同偏振态，经检偏后的出射光则被整形为均匀的线偏振光。使用双折射元件组进行光束整形的方法灵活方便，易于改变其透过率函数，尤其适用于线偏振的高斯光束的整形[圳。对于非偏振光，可在L1前置一起偏器即可。并且该系统设计方便，结构紧

5、凑且费用低廉，在工程上有较高的实用价值。目前该系统已经试用于神光Ⅱ九路系统旧J，在近场静态(放大器未工作)情况下，可将光束填充因子从原来的66％提高到80％，近场动态(放大器工作)的情况还在进一步的调试中。该技术为ICF驱动器等高功率激光器的光束整形提供可选方案。2．5液晶空间光调制器设计透过率函数实时、可控的光束整形系统一直是研究人员的目标。液晶空间光调制器的应用使得这一目标成为可能。它具有很好的灵活性和实时性，广泛应用于模式识别、图像处理、数字全息、空间滤波、和二元光学等领域L60J。液晶空间光调制器对激光束进行整形，实质上是利用液晶分子的旋光偏振性和双折

6、射性。在外电场的作用下液晶分子指向会发生改变，改变量大小与外加电压有关。分子方向变化直接影响液晶材料的折射率，实现对光波的调制。利用计算机可实时控制不同像素；'HJu电压大小，因而液晶空间光调制器是一种可编程的光电型衍射光学元件【6¨，用它可以动态地实现所要求的输出光强分布。2001年，陈怀新【62】等人提出的利用液晶空间光调制器进行激光束整形系统如图2b所示。扩束准直的激光束经起偏器P后入射到液晶空间光调制器上，空间光调制的透过率由计算机控制，用CCD接收、显示输出面光场强度分布实时信息，计算机根据该信息及时调整空间光调制器的透过率，以期得到所要求的输出光场

7、。理论和实验研究表明，采用液晶空间光调制器进行激光束的实时、可调控光束空间整形的方法，可方便地获得所需形状(如方形、圆形等几何形状)的均匀光束。液晶空间光调制器的有限像素尺寸和间隙也会影响整形效果，限制它在某些方面的应用L63J。3长焦深整形元件长焦深元件在很多方面有着重要应用，如激光切割、钻孔、微机械制作中对厚胶的曝光等。实现长焦深的方法有多种：传统的方法是通过减小数值孔径来扩展焦深，但这种做法以牺牲分辨率为代价。1987年德尔宁L64J提出无衍射光束的概念后，人们开始利用无衍射光束来实现长焦深并提出了一些设计方法，例如圆锥镜法旧】、无限窄圆环法旧J等，后来

8、又提出了利用折衍混合元件【删和衍射光学