【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳集成光学，具体为一种高斯光束整形系统及设计方法。
技术介绍
1、常规的光束空间整形的方法有很多，例如光阑拦截法、微透镜阵列整形法、衍射光学元件法、非球面透镜组法、相位性型光束整形法，透过率为反高斯分布的吸收滤光镜法、晶空间光调制器法等，都可以实现光束进空间分布的均匀化。
2、光阑拦截法，通过光阑拦截获得局部均匀光强方法，该方式光强损失严重；
3、微透镜阵列整形法，主要是微透镜阵列进行入射激光光束分割后，再经过球面聚焦镜将分割子通道激光束在靶面上重叠起来，实现均匀照明，该方式对入射光束的强度分布不敏感，适合光强分布不规则，相干性差的准分析激光器激多模激光光束的整形。
4、衍射光学元件(二元光学元件--boe),该方法建立在衍射理论和惠更斯-菲涅尔衍射积分公时基础上，设计难度较大，涉及了光学、计算机技术、精细微加工、光刻技术等多学科交叉，此外器件的生产制造上受一些加工条件限制。
5、专利号pcn230011586中均匀点阵系统，要求b2b的均匀性＞90％，光斑＜10μm，要满足其需求，则需要输出的面光源准直度＜0.6°，且光斑空间光强分布具有平顶光束特性，且均匀性＞90％，一般单模光纤激光光源发出的高斯光束一般具有一定发散角，且光斑光强分布为高斯特性，经过准直透镜后角度减小，但输出光斑特性依旧保持高斯特性，因此无法满足均匀点阵系统对输入光斑要求。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种高斯光束整形系统，所述高斯光束整形系统位于单模光源和阵列均匀点阵结构之间，所述高斯光束整形系统由单模光源至阵列均匀点阵结构的方向依次包括第一准直透镜、高斯光束聚焦透镜和第二准直透镜；所述第一准直透镜靠近单模光源，所述第二准直透镜靠近阵列均匀点阵结构，所述第一准直透镜的面型为平凸非球面型，其中平面面型朝向单模光源，所述高斯光束聚焦透镜的面型为平凸非球面型，其中平面朝向单模光源，所述第二准直透镜的面型为平凸非球面型，其中平面朝向单模光源。
4、优选的，第一准直透镜和高斯光束聚焦透镜的直径范围为0.7mm～1.0mm，厚度的直径范围为1.5mm～3mm；第二准直透镜的直径范围为2.0mm～3mm，厚度的直径范围为1.5mm～3mm。
5、优选的，第一准直透镜的输出光斑直径范围为1mm～1.5mm，且准直角度＜±2.4°；所述高斯光束聚焦透镜的输出光斑直径范围为0.008mm～0.01mm，数值孔径＜0.14；所述第二准直透镜的输出光斑直径范围为2.5mm～3mm，准直角度＜±0.6°。
6、优选的，第二准直透镜与高斯光束聚焦透镜的直径的比值范围为2.5～3；第二准直透镜与高斯光束聚焦透镜的焦距比值范围为2.5～3。
7、优选的，第二准直透镜的出射准直光束角度与高斯光束聚焦透镜的入射准直光束角度比值范围0.2～0.3。
8、一种高斯光束整形系统的设计方法，基于上述所述的一种高斯光束整形系统，包括如下过程：
9、单模光源通过单模激光器经过单模光纤输出，其中单模光源为具有发散角的高斯光束经过第一准直透镜准直后，输出具有高斯特性分布的准直光束，再经过高斯光束聚焦透镜整形，该高斯光束聚焦透镜将准直的高斯光束聚焦整形为平顶光束，最后经过第二准直透镜将聚焦平顶光束再准直成平行光束至阵列均匀点阵结构，将具有一定发散角度的高斯光束整形为高准直度的平顶光束。
10、优选的，经过第二准直透镜输出的平行光束均匀性大于90％，准直角度小于±0.6°。
11、优选的，第一准直透镜和高斯光束聚焦透镜的折射率为1.515，其中第一准直透镜和高斯光束聚焦透镜的材质为玻璃材质。
12、优选的，第一准直透镜的焦距＞0.3mm，且光线入射面为平面。
13、优选的，第一准直透镜、高斯光束聚焦透镜和第二准直透镜均双面镀增透膜。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
15、本专利技术提供了一种高斯光束整形系统，高斯光束整形系统由单模光源至阵列均匀点阵结构的方向依次包括第一准直透镜、高斯光束聚焦透镜和第二准直透镜，第一准直透镜靠近单模光源，第一透镜面型为平凸非球面，平面朝向光源面，主要是实现发散的高斯光束的准直，输出光斑光强分布仍维持高斯特性；高斯光束聚焦透镜面型为平凸非球面，平面朝向光源面，主要是实现将第一透镜准直的高斯光束整形为平顶光束；第二准直透镜面型为平凸非球面，平面朝向光源面，主要是实现将聚焦透镜整形汇聚的平顶光束准直扩束目的。
16、本专利技术还提供了一种高斯光束整形系统的设计方法，首先主要是将具有发散角度的高斯光束准直为平行光，再对准直后的高斯光束进行整形，实现高斯光束到平顶光束的转化，最后是对整形后的平顶光束进行准直，且保证平顶光束特性不变。成像方法采用传统折射透镜方式，避免了非规则扩散片、微透镜阵列+聚焦透镜技术的缺点。本专利技术中对于不同分布形式高斯光束均有效，系统透镜均采用常规的折射率1.515的玻璃材料，加工难度及成本均较低。
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1.一种高斯光束整形系统，所述高斯光束整形系统位于单模光源(1)和阵列均匀点阵结构(5)之间，其特征在于，所述高斯光束整形系统由单模光源(1)至阵列均匀点阵结构(5)的方向依次包括第一准直透镜(2)、高斯光束聚焦透镜(3)和第二准直透镜(4)；所述第一准直透镜(2)靠近单模光源(1)，所述第二准直透镜(4)靠近阵列均匀点阵结构(5)，所述第一准直透镜(2)的面型为平凸非球面型，其中平面面型朝向单模光源(1)，所述高斯光束聚焦透镜(3)的面型为平凸非球面型，其中平面朝向单模光源(1)，所述第二准直透镜(4)的面型为平凸非球面型，其中平面朝向单模光源(1)。
2.根据权利要求1所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，所述第一准直透镜(2)和高斯光束聚焦透镜(3)的直径范围为0.7mm～1.0mm，厚度的直径范围为1.5mm～3mm；第二准直透镜(4)的直径范围为2.0mm～3mm，厚度的直径范围为1.5mm～3mm。
3.根据权利要求1所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，所述第一准直透镜(2)的输出光斑直径范围为1mm～1.5mm，且准直角度＜±2.4°；
4.根据权利要求1所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，所述第二准直透镜(4)与高斯光束聚焦透镜(3)的直径的比值范围为2.5～3；第二准直透镜(4)与高斯光束聚焦透镜(3)的焦距比值范围为2.5～3。
5.根据权利要求1所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，所述第二准直透镜(4)的出射准直光束角度与高斯光束聚焦透镜(3)的入射准直光束角度比值范围0.2～0.3。
6.一种高斯光束整形系统的设计方法，基于权利要求1-5任一项所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，包括如下过程：
7.根据权利要求6所述的一种高斯光束整形系统的设计方法，其特征在于，经过第二准直透镜(4)输出的平行光束均匀性大于90％，准直角度小于±0.6°。
8.根据权利要求6所述的一种高斯光束整形系统的设计方法，其特征在于，所述第一准直透镜(2)和高斯光束聚焦透镜(3)的折射率为1.515，其中第一准直透镜(2)和高斯光束聚焦透镜(3)的材质为玻璃材质。
9.根据权利要求6所述的一种高斯光束整形系统的设计方法，其特征在于，所述第一准直透镜(2)的焦距＞0.3mm，且光线入射面为平面。
10.根据权利要求6所述的一种高斯光束整形系统的设计方法，其特征在于，所述第一准直透镜(2)、高斯光束聚焦透镜(3)和第二准直透镜(4)均双面镀增透膜。
...【技术特征摘要】
1.一种高斯光束整形系统，所述高斯光束整形系统位于单模光源(1)和阵列均匀点阵结构(5)之间，其特征在于，所述高斯光束整形系统由单模光源(1)至阵列均匀点阵结构(5)的方向依次包括第一准直透镜(2)、高斯光束聚焦透镜(3)和第二准直透镜(4)；所述第一准直透镜(2)靠近单模光源(1)，所述第二准直透镜(4)靠近阵列均匀点阵结构(5)，所述第一准直透镜(2)的面型为平凸非球面型，其中平面面型朝向单模光源(1)，所述高斯光束聚焦透镜(3)的面型为平凸非球面型，其中平面朝向单模光源(1)，所述第二准直透镜(4)的面型为平凸非球面型，其中平面朝向单模光源(1)。
2.根据权利要求1所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，所述第一准直透镜(2)和高斯光束聚焦透镜(3)的直径范围为0.7mm～1.0mm，厚度的直径范围为1.5mm～3mm；第二准直透镜(4)的直径范围为2.0mm～3mm，厚度的直径范围为1.5mm～3mm。
3.根据权利要求1所述的一种高斯光束整形系统，其特征在于，所述第一准直透镜(2)的输出光斑直径范围为1mm～1.5mm，且准直角度＜±2.4°；所述高斯光束聚焦透镜(3)的输出光斑直径范围为0.008mm～0.01mm，数值孔径＜0.14；所述第二准直透镜(4)的输出光斑直径范围为2.5mm～3mm，准直角度＜±0.6°。
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗妮，袁万利，陈金珠，吴丹妮，
申请(专利权)人：华天慧创科技西安有限公司，
类型：发明
国别省市：
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