一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法技术

本发明专利技术公开一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法，包括：将准直激光光束进行等能量划分，将目标平面进行等面积划分，构建准直激光光束和目标平面之间的对应关系；在自由曲面反射镜上定义一个初始点P

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法


[0001]本专利技术涉及激光光束整形技术，特别涉及一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法。

技术介绍

[0002]激光因其具有相干性、单色性、方向性好及亮度高等诸多优点，被广泛用于光刻、材料加工以及生物医学等领域。在激光应用过程中，由于激光光束能量分布不均匀，可能导致材料局部过热而损坏，为了避免上述情况发生，必须要对激光光束进行整形。目前，典型的激光光束整形技术包括非球面透镜组整形、微透镜阵列整形、衍射光学元件整形、双折射透镜组整形和液晶空间光调制器等，与上述激光光束整形技术相比，自由曲面光束整形技术能同时实现对光束强度分布和相位分布的调控，但自由曲面设计方法在起始曲线迭代扩展过程中存在数据采样点法向矢量偏差的问题，使得光束整形效果较差。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术目的是提供一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法。
[0004]技术方案：本专利技术的一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法，包括：
[0005](1)将准直激光光束在束腰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光光束整形的自由曲面构建方法，其特征在于，包括：(1)将准直激光光束在束腰截面上进行等能量划分，将目标平面进行等面积划分，根据边缘光线理论和能量映射关系构建准直激光光束和目标平面之间的对应关系；(2)在自由曲面反射镜上定义一个初始点P
1,1
，根据折射定律，沿纵向方向计算下一个数据采样点P
2,1
位置；(3)根据步骤2获取纵向曲线数据采样点P
i+1,1
的递推表达式和在横向方向数据采样点P
1,j+1
的递推表达式；(4)根据步骤3中两个表达式得到构建自由曲面双向初始曲线数据采样点的位置，进行动态迭代计算出P
2,j+1
点；(5)根据步骤4计算数据采样点P
i,j+1
位置，获得组成自由曲面所有数据采样点；(6)将步骤5中所有自由曲面数据采样点进行拟合建模，构建自由曲面。2.根据权利要求1所述的自由曲面构建方法，其特征在于，所述步骤1划分过程为：采用矩形孔径的准直光束，在光束束腰截面上等能量划分为N
×
M份，将目标平面等面积划分为N
×
M份；高斯分布的准直激光光束辐射照度表达式为：式中r为距离光轴中心点的距离，w0为激光的束腰宽度，准直激光光束在直角坐标系X、Y两个方向上的发光强度均呈高斯分布，对激光光束能量计算时进行变量分离，入准直激光光束的总能量A为：光束在X轴方向上的单位能量A(x)为：其中i＝1,2,.......,N+1；光束在Y轴方向上的单位能量A(y)为：其中j＝1,2,.......,M+1；其中i表示光源入射横向截面能量划分的网格格点，j表示光源入射纵向截面能量划分的网格格点，x
s，i
表示光源能量网格格点横坐标，y
s，j
表示光源能量网格格点纵坐标，I(x
s
)表示截面上发光强度分布；联立X轴单位能量方程和激光光束总能量方程，解方程组得光源能量网格格点的横坐标x
s,i
；联立Y轴单位能量方程和激光光束总能量方程求解可得光源能量网格格点的纵坐标y
s,j
；设目标平面为矩形平面T，在x轴和y轴方向上的边长为a和b，矩形平面上的网格格点T
i,j
(x
i
,y
j
)坐标表达式为：
3.根据权利要求2所述的自由曲面构建方法，其特征在于，所述步骤2计算P
2,1
点的计算过程为：准直激光光束在束腰截面上的初始点S
1,1
发射出的光线经过自由曲面反射镜上的初始点P
1,1
反射后入射到目标平面上的初始点T
1,1
，光线经过自由曲面反射镜上点反射后，出射光线为P
1,1
T
1,1
，根据折射定律：式中n1、n2为材料折射率，In为过相应入射点的入射光线，Out为过相应出射点的出射光线，可得P
1,1
点上的法向矢量为：通过P
1,1
点上的法向矢量求出过P
1,1
点的切平面方程；点S
2,1
的出射光线与过P
1,1
点的切平面相交，交点即为P
2,1
，则有计算出P
2,1
位置表达式为：4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹浣湫，叶井飞，孙奇，杨砚超，陈柯宇，杨明珠，曹兆楼，郑改革，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：