[发明专利]一种平顶激光光束整形方法

说明书

本发明公开了一种平顶激光光束整形方法，属于光学元件设计领域。本发明针对现有的平顶激光光束整形方法中存在的干涉条纹和中心零级强点问题，通过利用散射器件对输入激光场进行调制产生小角度的随机散射光，再与其他整形结构产生的光场卷积，以产生不同形状轮廓分布的平顶光束。本发明提出的光束整形方法可削弱常规方法中产生的干涉条纹、消除中心零级强点以提高整形后光斑的均匀性，在激光加工、激光投影、激光医疗美容等领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及光学元件设计领域，具体涉及一种平顶激光光束整形方法。

背景技术

将输入为高斯分布的激光整形成平顶光束，在激光加工、激光医疗、激光投影等领域有着广泛的应用。目前常用的集成度较高的平顶激光光束整形方法有两种，一种是基于微透镜阵列，一种是基于衍射光学元件。基于微透镜阵列整形激光光束的基本原理是通过微透镜阵列中的子透镜单元对输入的激光进行分割，分割成多个能量分布不同的子光束，再通过傅里叶透镜，将各个子光束的能量进行扩展并叠加，以消除不同子光束之间的不均匀性，获得能量分布为平顶的光斑。因此对输入光束分割的越细，整形后的平顶光束越均匀。但是由于激光的相干性，不同子光束之间发生干涉，造成平顶光斑上出现相干条纹，降低了光斑的均匀性。同时整形后的平顶光斑形状由微透镜阵列中的子透镜单元口径形状决定，一般情况下，可通过微透镜阵列的整形可形成正方形、长方形或六边形光斑。对于圆形或者其他任意形状的平顶光束的实现比较困难。基于衍射光学元件可以通过纯相位调控产生任意形状的平顶光斑。但是其结构的加工精度要求较高，结构深度误差会造成平顶光斑中心出现极亮的零级强点，导致整形后的光斑直接无法使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决现有的平顶激光光束整形方法中存在的干涉条纹和中心零级强点问题，提出一种平顶激光光束整形方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种平顶激光光束整形方法，该方法通过利用散射器件1对输入激光场进行调制产生小角度的随机散射光，再与整形结构2产生的光场卷积，以产生不同形状轮廓分布的平顶光束。

进一步地，所述的散射器件1为随机分布的连续面型微结构，将输入的高斯光束调制生成小角度随机散射光，其特性用复振幅透射系数t₁(x₁,y₁)表示：

其中，A₁(x₁,y₁)为第一振幅分布函数，x₁和y₁分别为散射器件1垂直于光轴平面空间位置的横、纵坐标，为复指数函数分布，为第一相位分布函数，i为虚数单位。

进一步地，所述的输入的激光场为需要整形成平顶光束的照明光场，其复振幅分布记为

进一步地，所述的输入的激光场刚刚透过散射器件调制产生小角度的随机散射光的复振幅分布为：

进一步地，所述的小角度的随机散射光与整形结构2产生的光场卷积，整形结构2产生的光场特性用复振幅透射系数t₂(x₂,y₂)表示：

其中，A₂(x₂,y₂)为第二振幅分布函数，为第二相位分布函数，x₂和y₂分别为整形结构2垂直于光轴平面空间位置的横、纵坐标。

进一步地，所述的小角度的随机散射光与整形结构2产生的光场卷积，散射器件1和整形结构2之间可以是紧贴放置，也可以间隔一定的距离放置。