[发明专利]一种基横模激光器光束整形装置和整形方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地说，本发明涉及一种激光器光束整形装置和整形方法。

背景技术

基横模激光器进行光束整形是激光技术领域当前的研究热点之一，它已广泛地应用于工业生产之中。例如，为了提高产品的成品率，扩大液晶显示器的尺寸，对坏晶区进行激光束修复处理是非常重要的一环。在进行液晶修复时，需保证擦除坏的晶区的同时不损伤完好区域，这就对光束的形状提出了较高的要求。一般来说，用于进行液晶修复的激光束需要光束质量好、能量分布均匀(即能量平化)，而实际的基模激光束能量却是呈高斯分布的，不能直接使用，因此需对其进行整形处理。

目前，对高斯光束进行整形的方法有很多。最常用的方法是利用显微物镜将高斯光束扩束准直后，提取其中心相对均匀的部分，从而获得能量相对均匀的光束。这种方案的缺陷是光能浪费很大，只有约5％的能量被利用。利用液晶光阀使高斯光束平化也是一种方便快捷的光束整形方案，但是这种方案成本较高，且能量利用率只达到10％左右。利用积分镜对高斯光束进行整形是近年来的研究热点，其原理是利用积分镜将高斯光束分成四等份，将四等份重叠成一个矩形，这种方法的光束平化程度高，能量损失少，但是缺点是要制作复杂的积分镜，成本较高。

另外，US2011/8023206公开了一种新的消相差的高斯光束整形系统，该装置由两个透镜组组成，一组构成消像差结构，另一组构成一个伽利略光学结构，该装置能把高斯光束整成平化的光束，但是，它只能实现近场整形，整形后的光束经过一段距离后，均匀性就会变差，并且该装置的镜片设计非常复杂。

中国专利ZL200410024887.4公开了一种基于调制器结构的激光束整形装置，该装置利用平面阵列式反射型聚合物波导电光调制来进行光束整形的，其缺点是结构复杂，且远场整形效果不好。

因此，当前迫切需要一种结构简单、平化效果较好、能量利用率高且远场整形效果好的光束整形装置和整形方法。

发明内容

本发明的任务是提供一种结构简单、平化效果较好、能量利用率较高的基横模激光器光束整形装置和整形方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基横模激光器光束整形装置，沿光路依次包括：基横模激光器、小孔光阑B、聚焦透镜C和4-f成像单元；所述小孔光阑B置于所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置处，所述4-f成像单元的物面位置可调，以便于截取光束通过所述小孔光阑B和所述聚焦透镜C后所形成的所需的衍射面。

其中，所述基横模激光器和小孔光阑B之间还包括聚焦镜A，聚焦镜A用于调节所述基横模激光器所发射光束的腰斑的位置和尺寸。

其中，所述小孔光阑B为矩形小孔光阑。

其中，所述小孔光阑B为方形小孔光阑。

其中，方形小孔光阑的方形小孔的边长为光束腰斑直径的1.0～1.2倍

其中，所述小孔光阑B的孔的尺寸可调。

其中，所述4-f成像单元的焦距可调。

其中，所述4-f成像单元所截取的衍射面位于所述聚焦透镜C后150mm～165mm处。

本发明还提供了利用上述基横模激光器光束整形装置的光束整形方法，包括下列步骤：

1)基于等效菲涅耳衍射解析公式，数值模拟出一系列的聚焦透镜后衍射面的光斑图样；

2)比较各衍射面的光斑图样，选出作为实际整形目标光斑图样；

3)将整形目标光斑图样所对应的参数设置小孔光阑的尺寸、4-f成像单元中物面的位置以及基横模激光器的光束的腰斑半径；

4)基横模激光器发射光束，在4-f成像单元的输出端得到整形后的光束。

其中，所述步骤1)中，基于等效菲涅耳衍射解析公式，在已知光束波长的前提下，按一定步长在一定范围内选取等效小孔尺寸、等效衍射距离和等效腰斑半径组合，数值模拟出一系列的聚焦透镜后衍射面的光斑图样；

所述步骤3)中，将整形目标光斑图样所对应的等效方孔宽度设置为实际基横模激光器光束整形装置中的方形小孔光阑的宽度，根据整形目标光斑图样所对应的等效衍射距离设置4-f成像单元中物面的位置，以整形目标光斑图样所对应的等效腰斑半径设置基横模激光器的光束的腰斑半径。

相对于现有技术，本发明具有下列技术效果：

1、能量转化效率高。

2、近场和远场都能很好的保形。

3、机构紧凑，成本低廉，损伤阈值高，且适合做成各种口径。

附图说明

图1是激光器基模光束整形装置光路图；