[发明专利]一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形控制方法及其整形装置

说明书

技术领域

本发明属于衍射光学及激光整形技术领域，具体涉及一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置，本发明还涉及整形控制方法。

背景技术

平顶光束整形方法及装置，在激光直写、激光惯性约束核聚变、激光通信、激光雷达、激光加工等领域有着广泛应用。尤其在激光加工中需要做到在远场可人为设定的位置，实现激光束的形状任意且口径可变的平顶光束整形，且被整形光束的边缘陡峭同时光束平顶的光强波动极低。激光全息、激光材料加工、激光医疗等领域，常要求光强空间分布均匀的激光光束，而从激光器中直接出来的光束通常为高斯光束，而且对于小同的激光器，束腰半径是不相等的，因此需要通过激光光束整形装置，才能将高斯光束整形为光强均匀分布的平顶光束。但现有的技术对远场无法实现任意设定位置，平顶光束整形的激光束的形状和口径为不可变，被整形光束的边缘不陡峭且光束平顶的光强波动大的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的技术对远场无法实现任意设定位置，平顶光束整形的激光束的形状和口径为不可变，被整形光束的边缘不陡峭且光束平顶的光强波动大的问题。

一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置，它包括光学相控阵、透镜、输出面、强度分析采集模块和处理器模块，透镜位于光学相控阵所在的面和输出面之间，透镜与相控阵和输出面之间的距离均为一倍焦距f，入射光束通过光学相控阵再经过透镜傅里叶变换对光束进行整形，在透镜的焦平面位置即输出平面得到整形后的光场，强度分布采集模块对输出面的整形后的光场的光束强度分布进行采集，将采集到的数据传输给处理器模块，处理器模块通过计算RMSE值并判断RMSE的值，从而决定是否调整光学相控阵的相位。

一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置的整形控制方法，它包括下述步骤：

一、根据公式(1)获得初始相位φ₁，

φ₁＝φ_F+2π(rand-0.5)sinc^-1(|A_F|)    (1)

φ_F为光束预期的强度分布I_T快速傅立叶变换后光场的空间相位分布，A_F为光束预期的强度分布I_T快速傅立叶变换后光场的空间振幅分布，rand为0到1之间的随机分布，sinc^-1为sinc函数的逆函数；

二、步骤一的φ₁根据公式(2)得到U_k，通过透镜的快速傅立叶变换计算出输出面的相位分布Ф_k，根据公式(4)算出输出面的实际获得的强度分布I_k，即强度分析采集模块采集到的强度分布I_k，实际获得的强度分布I_k逐步收敛逼近整形光束预期的强度分布为I_T，即理想情况下k＝∞，I_k＝I_T，

Uk=IGexp(iφk)---(2)]]>

Ф_k＝arg(FFT(U_k))    (3)

I_k＝|FFT(U_k)|²    (4)

其中，I_G为入射激光束的强度分布，U_k为输出面出射的光场复振幅，k为迭代次数，k＝1，2，…n，n≥2，arg为求复数的辐角的函数，FFT为快速傅立叶变换，exp表示e指数，i为复数中的对于虚数单位的定义；

三、根据步骤二的强度分布I_T和相位分布Ф_k通过步骤(5)计算出光场V_k，