[发明专利]一种光束整形器件

说明书

技术领域

本发明涉及光束整形器件，特别是一种阵列型位相结构的光束整形器件。

背景技术

通常使用激光器时都期望其发射的光束强度呈高斯分布，而大部分光束的高斯分布也并不总是理想的，只有固体激光器较容易得到高斯光束，例如准分子激光器的光束通常很不理想，可以观察到明显的强度波动，光束总是不对称的，光斑形状也不规则，且不同脉冲光束的强度分布可能都不同，无规律可循。而在大部分应用领域，需要光场强度分布稳定，且光斑尺寸、形状和强度分布可以自由控制，尤其可以实现光斑形状规则稳定并且光强均匀分布。目前对光束整形的方法有很多，包括采用宏透镜、微透镜、液晶光阀空间和传统位相子单元整形技术等，这些整形技术也存在一些问题，例如透镜组调节精度高、输出光场模式单一，均匀性不够高等；尤其其中传统位相元件为单一的一块刻蚀版，元件对入射光束要求较高，其使用时要求入射光束必须充满整个通光区域；且必须满足实际入射光束的波面形状和设计输入光束的波面形状等特性保持严格一致，才能够实现输出光场达到设计值；其对入射光光源的稳定性要求也较高，这样的一些问题导致其使用场合受到限制，对使用方法和使用技巧也要求极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种输出光场强度分布形式稳定、光能利用高的光束整形器件。

为实现所述目的，本发明提供光束整形器件的技术方案包括：在基底的一侧工作面上设有多个整形单元，在基底的x轴向和y轴向呈阵列式分布M×N个整形单元，M×N个整形单元之间紧密连接；每个整形单元包含P×Q个位相子单元，M、N、P和Q为正整数，且M和N不同时等于1，P和Q也不同时等于1，入射光束被M×N个整形单元个分割成多个子光束，每个子光束经P×Q个位相子单元调制生成调制后生成的远场光场的光强分布相同，且M×N个远场光场相互叠加，形成与子光束远场光场强度分布相同的输出光场。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)对光束进行整形的情况下，同时改善光场强度分布的均匀性；

(2)对入射光束的强度分布不敏感，整形后光束的光场分布稳定；即无论入射光束强度分布如何变化，光束整形变换元件变换后的光场分布均能达到指定的分布状态；

(3)由于采用的是光学整形方法，能量损失小；

(4)整形器件的外形结构简单易于制作，成本低，利于批量化制造；

(5)应用场合更加广泛，且对使用方法和使用技巧要求低。

附图说明

图1a为本发明实施例一的阵列型光束整形器件结构示意图；

图1b为本发明实施例一的光束整形器件xoy平面结构截面示意图；

图2a为本发明整形单元的结构示意图；

图2b为本发明整形单元的位相结构的灰度图；

图2c为本发明图2b整形单元沿AA’向的剖面示意图；

图3为平行光经过整形器件后的光路示意图；

图4为整形器件和会聚透镜构成实现光束整形的光路示意图；

图5为本发明实施例二的光束整形器件xoy面的截面示意图；

图6为本发明实施例二会聚光经过整形器件后的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明的光束整形器件作进一步详细描述。

实施例一：

图1a为本发明实施例一的阵列型光束整形器件结构示意图，图1b为本发明实施例一的光束整形器件xoy平面结构截面示意图，图2a为本发明整形单元的结构示意图。整形器件的基底101工作面的一侧表面包含多个整形单元101a，整形单元101a的xoy面内的截面为矩形结构，整形单元101a沿整形器件的基底101的x轴向和y轴向呈阵列式分布，如图1b所示，沿整形器件的基底101的x轴向分布M列整形单元101a(M≥1的整数)，沿整形器件的基底的y轴向分布N行整形单元101a(N≥1的整数)，即x轴向和y轴向的整形单元101a的个数可以为1个、2个、3个或者3个以上，并保证M和N不同时为1，当M＝N＝1时即为普通的光学整形元件，所述整形单元101a的尺寸为毫米量级，相邻的整形单元101a间无间隙，这样可以有效提高光源的利用率，避免造成光能损耗。

如图2a所示，每个整形单元101a内包含P×Q个位相子单元，P×Q个位相子单元在整形单元101a的xoy面内呈阵列分布。位相子单元为矩形结构；P和Q为正整数，且M和N不同时等于1，P和Q也不同时等于1。