[发明专利]一种用于实现高斯光束整形为平顶光束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非成像光学领域，尤其涉及一种用于将高斯光束整形为平顶光束的方法。

背景技术

自激光问世以来，其受到了广泛的应用。在有的应用领域对激光束的均匀性有较高要求，例如在激光光刻、激光加工、激光存储和记录、医疗领域等方面，因此需要通过特殊的设计方法将高斯光束整形为均匀分布的平顶光束。

光束的整形方法有很多，利用二元光学元件、非球面透镜组、全息滤波器、振幅调制光栅、液晶空间光调制器、微透镜阵列整形、双折射透镜组、相位型光束整形均可将高斯光束整形为平顶光束。

比较而言，非球面透镜组的方法结构简单，但是基本未考虑衍射效应。二元光学元件整形的理论基础（光波的衍射理论）相对来说更完整，目前一般采用迭代算法进行求解得到相位分布；迭代算法主要分为全局算法和局部算法，全局算法能有效找到最优值，但是计算时间长，局部算法计算时间短，但是算法中初始相位的设定对结果影响很大。

发明内容

本发明是要解决全局算法计算时间长，局部算法初始相位的设定对结果影响很大的问题，而提供了一种用于实现高斯光束整形为平顶光束的方法。

用于实现高斯光束整形为平顶光束的方法按以下步骤实现：

（1）确定高斯光束的直径D₁，平顶光束的直径D₂，以及两个光学元件的间距L：若激光高斯光束的半径为R₁，则D₁=2R₁；若需求的平顶光束的半径为R₂，则D₂=2R₂；为保证经过光学整形元件后的光线的偏角尽可能的小，一般取L≥D₁；

（2）根据能量守恒计算平顶光束的光强；

（3）根据光线追迹建立一一对应关系；

（4）计算光线偏角：由几何关系，可以确定

sinθ=r2-r1L;]]>

（5）确定整形元件的初始相位分布：由光程函数与光线偏角间的关系，可以得到

dφ1(r1)dr1=sinθ]]>

对上式积分，得到整形元件的初始相位分布；

（6）确定相位校正元件的初始相位分布；

（7）局部算法优化计算相位分布：利用光线追迹求得整形元件和相位校正元件的初始相位分布和后，将其作为局部算法的初始量，通过GS算法优化计算，最后求得优化后的相位分布，即完成了利用光线追迹法和局部算法求得整形元件和相位校正元件的相位，实现了高斯光束整形为平顶光束。

发明效果：

本发明利用光线追迹法得到了整形元件和相位校正元件的初始相位，然后通过将初始相位代入局部算法中得到了整形元件和相位校正元件的优化相位分布，整形元件和相位校正元件的组合能够实现将高斯光束整形为平顶光束，整形后的平顶光束的均匀性理论上能接近100%，满足一些特殊应用。而且局部算法计算所用时间大约为全局算法计算所用时间的百分之一，同时把光线追迹得到的初始相位带入局部算法后，最后得到的优化相位分布更有利于加工。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是具体实施方式一中高斯光束整形为平顶光束的结构图，1为整形元件，2为相位校正元件；

图3是具体实施方式一中高斯光束整形为平顶光束的原理图；

图4是具体实施方式一中的光程函数与光线偏角间的关系图；

图5是具体实施方式四中的高斯光束的波形图；