[发明专利]基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统、方法及设备

说明书

本申请的实施例提供了一种基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统、方法及设备，该系统涉及光学领域。该系统包括：达曼光栅、聚焦镜和柱面镜。达曼光栅和柱面镜分别设置在聚焦镜的两侧，并且达曼光栅的位置与聚焦镜的焦平面的位置匹配。达曼光栅，用于接受第一高斯光束的照射，并将第一高斯光束分束成多个第二高斯光束。聚焦镜，用于接受多个第二高斯光束的照射，并将多个第二高斯光束折射成相互平行的多个第三高斯光束。柱面镜，用于接受多个第三高斯光束的照射，并将多个第三高斯光束折射成线性平顶光束。线性平顶光束包括线性平顶光斑。该系统能够有效地将高斯光束转化为较为均匀的线性平顶光斑，并且结构简单，成本较低，效率更高。

技术领域

本申请涉及光学领域，具体而言，涉及一种基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统、方法及设备。

背景技术

图1为高斯光束和平顶光束的区别示意图，请参照图1。高斯光束是一种强度在空间上呈现高斯分布的光束，也即是说，高斯光束的中间强度十分高，往外沿着高斯轮廓逐渐下降。激光一般都是高斯光束。平顶光束是一种强度分布平整且均匀的光束，其边缘尖锐，能量迅速下降至零。平顶光束的形状可以是正方形、矩形、直线、圆形或其他任何形状。其中，平顶光束聚焦之后可以生成平顶光斑（平顶光斑的光斑直径如图1所示）。

从图1可以看出，相较于平顶光束，高斯光束的能量分布较为不均匀，在灼烧阈值以上的过剩能量（也即中间能量）过高，这会引起局部温度过高从而影响激光与物质间的相互作用。并且高斯光束的两翼能量过低，这降低了能量的利用率。因此，与高斯激光束相比，平顶光束能更有效地利用能量。另外，平顶光束由于其更加均匀，因此使用平顶光束焊接或切割，都将更加准确，并且对周围区域的损伤也会减少。

如何将高斯光束转化为线性平顶光斑成为人们研究关注的焦点。目前，有两种方案可以将高斯光束转化为平顶光束。一种方案是使用柱面镜，对高斯光进行单方向的压窄。这种方式虽然结构简单，但产生的平顶光束均匀性欠佳。而为了得到较为均匀的线性平顶光斑，则需要使用光阑对光斑进行截取，这又会极大的损失光能量，效率低下。另一种方案是基于衍射光学元件对高斯光束进行光束整形。这种方式中的衍射光学元件通常需要多台阶套刻的加工方案，难以加工，且对入射光条件的精确性要求严苛，难以调节，且成本过高。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统、方法及设备，能够有效地将高斯光束转化为较为均匀的线性平顶光斑，并且结构简单，成本较低，效率更高。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统。该系统包括达曼光栅、聚焦镜和柱面镜；其中，达曼光栅和柱面镜分别设置在聚焦镜的两侧，并且达曼光栅的位置与聚焦镜的焦平面的位置匹配；达曼光栅，用于接受第一高斯光束的照射，并将第一高斯光束分束成多个第二高斯光束；聚焦镜，用于接受多个第二高斯光束的照射，并将多个第二高斯光束折射成相互平行的多个第三高斯光束；柱面镜，用于接受多个第三高斯光束的照射，并将多个第三高斯光束折射成线性平顶光束；其中，线性平顶光束包括线性平顶光斑。

第二方面，本申请提供一种基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生方法。该方法应用于基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统，该系统包括达曼光栅、聚焦镜和柱面镜；其中，达曼光栅和柱面镜分别设置在聚焦镜的两侧，并且达曼光栅的位置与聚焦镜的焦平面的位置匹配。第二方面所述的方法包括：达曼光栅接受第一高斯光束的照射，并将第一高斯光束分束成多个第二高斯光束；聚焦镜接受多个第二高斯光束的照射，并将多个第二高斯光束折射成相互平行的多个第三高斯光束；柱面镜接受多个第三高斯光束的照射，并将多个第三高斯光束折射成线性平顶光束；其中，线性平顶光束包括线性平顶光斑。

第三方面，本申请提供一种基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生设备，包括高斯光束生成器、控制器和第一方面所述的基于达曼光栅的线性平顶光斑的发生系统；所述控制器，用于控制所述高斯光束生成器生成第一高斯光束，并使得所述第一高斯光束向所述系统照射。