[发明专利]用于发散激光束的光束整形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种整形方法，尤其是一种用于发散激光束的光束整形方法，属于激光束整形的技术领域。

背景技术

激光因其相干性、单色性、方向性好及亮度高等诸多优点已被广泛应用于光刻、材料加工以及平板印刷等重要领域。激光器直接输出的激光光束，大多数情况下，激光光束能量为高斯分布。如若直接应用这种输出光束进行材料加工，将导致局部温度过高而损坏材料。因此，需对激光光束进行整形，将其转化为能量均匀分布的光束以消除不良影响。

已有的激光光束整形方法主要有液晶空间光调制器、非球面透镜组、微透镜阵列、二元光学元件法、双折射透镜组以及自由曲面透镜等。这些方法都是针对平行的激光光束进行整形，也就是激光光束没有发散的情况。然而实际激光器输出的激光光束，都带有一定的发散角，用现有的整形方法，对带有发散角的激光光束整形，整形效果不佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于发散激光束的光束整形方法，其能对带有发散角的激光束进行有效整形，确保带有发散角激光束在工业应用的稳定性以及可靠性。

按照本发明提供的技术方案，一种用于发散激光束的光束整形方法，所述光束整形方法包括如下步骤：

a、提供与待整形发散激光束具有相同光强分布的平行激光束，并对所述平行激光束的输入面进行能量网格划分，控制平行激光束的输入面内每个网格的能量相等，以确定输入面内每个能量网格的面积，得到所需的输入面能量网格；

b、确定所述待整形发散激光束要打到的目标面，并根据输入面能量网格的数量对所述目标面进行等面积的网格划分，以得到所需的目标面网格，目标面的目标面网格数量与输入面的输入面能量网格相一致；

c、提供初始自由曲面透镜，并将划分上述输入面能量网格的平行激光束入射到自由曲面透镜的平面，且使得每个输入面能量网格的激光束通过自由曲面透镜打到目标面相对应的目标面网格内，利用光的折射定律以及边缘光线理论，确定所述初始自由曲面透镜的自由曲面上的各采样点位置坐标，以得到自由曲面透镜的初始自由曲面；

d、将待整形的发散激光束通过上述得到初始自由曲面的自由曲面透镜打到目标面上，通过蒙特卡罗光线追迹的方法确定目标面的能量分布图；

e、将得到的目标面的能量分布与目标面预期能量分布进行对比，若目标面的能量分布于目标面预期能量分布不一致时，则确定反馈系数η，若目标面的能量分布于目标面预期能量分布一致，则调整步骤g；

所述反馈系数η为

ηi,j=Ei,jE‾,]]>i＝1，2，ΛM，j＝1，2，ΛN；

其中，E为目标面上目标面网格内的能量矩阵，E_i，j为目标面上第i行第j列的目标面网格的能量，为目标面上所有目标面网格的能量均值，M为目标面上目标面网格的行数，N为目标面上目标面网格的列数，M×N为目标面上目标面网格的数量；利用所述反馈系数η调整输入面能量网格的面积或目标面网格的面积，并根据所述调整后的输入面能量网格或目标面网格重新确定自由曲面透镜的自由曲面上各采样点的位置坐标，以得到自由曲面透镜的调整自由曲面；

f、对于调整后的输入面能量网格或目标面网格，将待整形的发散激光束通过得到调整自由曲面的自由曲面透镜打到目标面上，通过蒙特卡罗的方法确定目标面的能量分布图，并跳转步骤e；

步骤g、将目标面的能量分布与目标面预期能量分布一致的自由曲面透镜确定为最终光束整形自由曲面透镜，利用所述光束整形自由曲面透镜对上述的发散激光束进行光束整形，以使得发散激光束经光束整形自由曲面透镜后能在目标面上得到均匀分布的能量。

所述步骤e中，利用反馈系数η调整输入面能量网格的面积时，将每个输入面能量网格的面积与所述反馈系数η相乘，以得到调整后的输入面能量网格；利用反馈系数调整目标面网格的面积时，将每个目标面网格的面积除以所述反馈系数η，以得到调整后目标面网格。