本发明专利技术提供一种基横模激光器光束整形装置，沿光路依次包括：基横模激光器、小孔光阑B、聚焦透镜C和4-f成像单元；所述小孔光阑B置于所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置处，所述4-f成像单元的物面位置可调，以便于截取光束通过所述小孔光阑B和所述聚焦透镜C后所形成的所需的衍射面。本发明专利技术能量转化效率高；近场和远场都能很好的保形；并且机构紧凑，成本低廉，损伤阈值高，适合做成各种口径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光
，具体地说，本专利技术涉及一种激光器光束整形装置和整形方法。
技术介绍
基横模激光器进行光束整形是激光
当前的研究热点之一，它已广泛地应用于エ业生产之中。例如，为了提高产品的成品率，扩大液晶显示器的尺寸，对坏晶区进行激光束修复处理是非常重要的ー环。在进行液晶修复时，需保证擦除坏的晶区的同时不损伤完好区域，这就对光束的形状提出了较高的要求。一般来说，用于进行液晶修复的激光束需要光束质量好、能量分布均匀(即能量平化)，而实际的基模激光束能量却是呈高斯分布的，不能直接使用，因此需对其进行整形处理。目前，对高斯光束进行整形的方法有很多。最常用的方法是利用显微物镜将高斯光束扩束准直后，提取其中心相对均匀的部分，从而获得能量相对均匀的光束。这种方案的缺陷是光能浪费很大，只有约5%的能量被利用。利用液晶光阀使高斯光束平化也是ー种方便快捷的光束整形方案，但是这种方案成本较高，且能量利用率只达到10%左右。利用积分镜对高斯光束进行整形是近年来的研究热点，其原理是利用积分镜将高斯光束分成四等份，将四等份重叠成ー个矩形，这种方法的光束平化程度高，能量损失少，但是缺点是要制作复杂的积分镜，成本较高。另外，US2011/8023206公开了ー种新的消相差的高斯光束整形系统，该装置由两个透镜组组成，一组构成消像差结构，另ー组构成一个伽利略光学结构，该装置能把高斯光束整成平化的光束，但是，它只能实现近场整形，整形后的光束经过一段距离后，均匀性就会变差，并且该装置的镜片设计非常复杂。中国专利ZL200410024887. 4公开了ー种基于调制器结构的激光束整形装置，该装置利用平面阵列式反射型聚合物波导电光调制来进行光束整形的，其缺点是结构复杂，且远场整形效果不好。因此，当前迫切需要ー种结构简单、平化效果较好、能量利用率高且远场整形效果好的光束整形装置和整形方法。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供ー种结构简单、平化效果较好、能量利用率较高的基横模激光器光束整形装置和整形方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提 供了一种基横模激光器光束整形装置，沿光路依次包括基横模激光器、小孔光阑B、聚焦透镜C和4-f成像単元；所述小孔光阑B置于所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置处，所述4-f成像単元的物面位置可调，以便于截取光束通过所述小孔光阑B和所述聚焦透镜C后所形成的所需的衍射面。其中，所述基横模激光器和小孔光阑B之间还包括聚焦镜A，聚焦镜A用于调节所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置和尺寸。其中，所述小孔光阑B为矩形小孔光阑。其中，所述小孔光阑B为方形小孔光阑。其中，方形小孔光阑的方形小孔的边长为光束腰斑直径的I. O I. 2倍其中，所述小孔光阑B的孔的尺寸可调。其中，所述4-f成像単元的焦距可调。其中，所述4-f成像単元所截取的衍射面位于所述聚焦透镜C后150mm 165mm 处。本专利技术还提供了利用上述基横模激光器光束整形装置的光束整形方法，包括下列步骤I)基于等效菲涅耳衍射解析公式，数值模拟出一系列的聚焦透镜后衍射面的光斑图样；2)比较各衍射面的光斑图样，选出作为实际整形目标光斑图样；3)将整形目标光斑图样所对应的參数设置小孔光阑的尺寸、4-f成像単元中物面的位置以及基横模激光器的光束的腰斑半径；4)基横模激光器发射光束，在4-f成像単元的输出端得到整形后的光束。其中，所述步骤I)中，基于等效菲涅耳衍射解析公式，在已知光束波长的前提下，按一定步长在一定范围内选取等效小孔尺寸、等效衍射距离和等效腰斑半径组合，数值模拟出一系列的聚焦透镜后衍射面的光斑图样；所述步骤3)中，将整形目标光斑图样所对应的等效方孔宽度设置为实际基横模激光器光束整形装置中的方形小孔光阑的宽度，根据整形目标光斑图样所对应的等效衍射距离设置4-f成像単元中物面的位置，以整形目标光斑图样所对应的等效腰斑半径设置基横模激光器的光束的腰斑半径。相对于现有技术，本专利技术具有下列技术效果I、能量转化效率高。2、近场和远场都能很好的保形。3、机构紧凑，成本低廉，损伤阈值高，且适合做成各种口径。附图说明图I是激光器基模光束整形装置光路图；图2是整形以后获得的平化光束的平面图；图3是整形以后获得的平化光束強度分布的三维立体图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本专利技术做进ー步详细说明。根据本专利技术的一个实施例，提供了ー种基横模激光束整形装置。图I示出了该激光器基模光束整形装置的光路图，该激光器依次包括基横模激光器G、聚焦镜A、可调方形小孔光阑B,聚焦透镜C和4-f成像单元F,图I中D表示4-f成像单元的物面，E表示4-f成像単元的像面。需要说明的是，4-f成像単元的物面D同时也是4-f成像単元所截取的光束衍射面，下文中将对此进行详细描述。本实施例中，基横模激光器选用的半导体激光器端面泵浦的Nd:YAG激光器，可产生1064nm的直径为Imm的基模高斯激光束。基横模激光器发出的光束照射到聚焦镜A上，在其后透镜焦点处产生一腰斑。可调方形小孔光阑B至于该腰斑位置。调节小孔光阑B的尺寸可使激光束过小孔光阑后的损耗较小，同时保证较好的衍射效果。小孔光阑B的尺寸利用衍射理论计算获得。一般来说，光阑边长为光束腰斑直径的I. 0-1. 2倍时，可以获得较好的衍射面，本实施例中取I. I倍。光束通过小孔光阑B后经过聚焦透镜C，产生所需的平化的衍射面。本实施例中，在聚焦透镜C后150mm-165mm处，可得到平化效果较好的衍射光斑。图2示出了用光束质量分析仪(beamview)测得的聚焦透镜C后160mm的衍射面,其強度分布的三维立体图如图3所示，可以看出该衍射面的平化效果非常优异。本实施例中，4-f成像単元装在步长精度为O. 5mm的步进电机上，且4-f成像単元焦距可调。移动4-f系统的位置可使其物面与所选取的衍射面精确重合，从而获得所选取的衍射面处的平化效果较好的衍射光斑，即获得平化效果较好的像。而通过改变4-f系统的焦距，可把该平化效果较好的像传到所需要的位置，最终达到光束整形的目的。需要说明的是，上述基横模激光束整形装置中，聚焦镜A主要作用是调节光束腰斑位置和腰斑半径，在简化的基横模激光束整形装置，聚焦镜A也可省略，这并不影响本专利技术基本功能的实现。基于上述基横模激光束整形装置(含聚焦镜A)，为了选取到光束平化效果最好的衍射面，可以对光束通过矩形光阑后的衍射面的衍射情况进行数值模拟，然后根据模拟结果确定平化效果相对较好的衍射面D的位置。下面简要介绍数值模拟的原理。从矩形光阑B到衍射位置D的传输矩阵可以表示为(权利要求1.一种基横模激光器光束整形装置，沿光路依次包括基横模激光器、小孔光阑、聚焦透镜和4-f成像单元；所述小孔光阑置于所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置处，所述4-f成像单元的物面位置可调，用于截取光束通过所述小孔光阑和所述聚焦透镜后所形成的所需的衍射面。2.根据权利要求I所述的基横模激光器光束整形装置，其特征在于，所述基横模激光器和小孔光阑之间还包括聚焦镜，聚焦镜用于调节所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置和尺寸。3.根据权利要求I所述的基横模激光器光束整形装置，其特征在于，所述小孔光阑为矩形小孔光阑。4.根本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊仲维，王小发，黄玉涛，连富强，黄科，石朝辉，王培峰，
申请(专利权)人：北京国科世纪激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。