[实用新型]一种用于激光照明的腔内反射匀光照明装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光光束整形技术领域，具体是涉及一种激光照明匀光照明装置。

背景技术

在激光照明领域中，常常需要光强均匀分布的激光光束。公知的，激光由于其高单色性以及高亮度等优点，得到广泛的应用，但在很多领域，如显示、全息、平板印刷、光存储等应用领域，常常需要均匀性好的光束。然而，由于激光光束的光强一般并不是均匀分布的，其光强分布遵循高斯分布，因而，激光光束在此条件下叫做高斯光束。为了满足具体应用的需求，需要对高斯光束进行整形输出，以便得到均匀性好的光束，此即激光光束整形的目的，最常用的激光光束整形是激光光束匀化或者激光光束匀光技术。

因而，激光光束整形技术的一般定义是指改变入射激光束的强度分布为所需要的强度分布，同时调整它的相位分布以控制其传播特性。

在这里，先简单了解激光匀化的历程。早期所使用的方法是先将激光光束扩束，然后将扩束后的光束通过光栅出射，光栅只允许光束中光强分布较为均匀的部分通过，从而可以得到相对均匀分布光强的光束。这种方法虽然简单，但由于没有被允许通过的部分能量完全损失，造成能量损失非常严重。

进一步地，利用不同透射率的光学元件对于光束光强大的地方有较低的通过率，对光强小的地方有较高的通过率，从而使得激光光束通过不同的透射率而在被投射后具有相对均匀光强的特点，显然，这也是以牺牲能量消耗为代价的方式。

1965年，Frieden提出了最早的无能量损失的相位型光束整形系统，该系统为非球面透镜组系统将强度为高斯分布的激光光束整形为均匀光束。系统由平-凹非球面镜和平-凸非球面镜组成，如何光束经过前一透镜调制后在后者平面初涉得到强度分布均匀的光束，后者平面的作用是保证均匀光束平行出射。

对于非球面，其设计原理是：首先根据能量守恒定理，建立入射光线与两非球面交点之间的映射关系，从而确定折射光线的方向余弦。依据前一非球面相位函数的导数等于相应光线的方向余弦，建立微分方程，求解即可得到相位函数。由于前一非球面的调整使得各折射光线传播方向不再平行，为使最终出射光束仍为平行光，利用后一透镜重新调整相位分布，直接利用对应两平面间各光线光程相等的条件可求得后一非球面的相位函数。

 Frieden提出的双分离透镜系统具有能量转换率高、可实现任何波前变换及同轴等优点，但当时的技术很难实现复杂的非球面加工。后期的改进工作主要侧重于透镜制造难度的选择上，如Shafer利用双胶合球面镜替代系统中的非球面镜，但这种做法影响输出光束的质量。

在一些实现中，采用为透镜阵列整形系统，系统由两部分组成，前透镜是由多个焦距和尺寸相同的小透镜组成的微透镜阵列（习惯上称为蝇眼透镜），后透镜为球面聚焦透镜。前者将入射激光光束分割成若干子束，后者则把这些子束在靶面上重叠起来。不过微透镜边缘会发生菲涅耳衍射，能量会因此产生损失。同时叠加本身不可避免的会在靶面上产生干涉斑纹。

现有半导体激光匀化技术多采用光纤匀化和和开放式透射匀光技术。

对于后一种实现的改进，通过改变小偷静的相位分布来缓解干涉斑纹的影响，然而这种做法制作难度特别大，提高了制作成本。

在一些实现中，采用衍射光学元件，在较新的一些实现中有双折射透镜组方法，以及液晶空间调制器方法，在此不再一一阐述。

当前，光纤匀化技术要求半导体激光器的光线要耦合进入光纤，因此其工艺要求较高、所需设备复杂、成本投入较大等缺陷，不利于普通的应用推广。

开放式透射匀光技术，一般采用片式匀光装置使得光线透过匀光装置即可实现光斑匀化，为了达到好的匀光效果，一般会存在较大的光功率损耗，光损耗会转化为热能，由于匀化装置的紧凑性，从而不利于有效散热，近而影响系统稳定性，不利于大功率使用，不利于长时间使用。另外在实际的使用中，由于两种匀光都是需要保证光源与匀光装置的同轴，因此对其相关的结构件加工和装调都需要很高的技术要求，不利于普遍使用和普通技术人员操作维修等工作。

实用新型内容

为此，本实用新型的目的在于提供一种制作难度低且能够实现较高质量匀化的用于激光照明的腔内反射匀光照明装置。

本实用新型采用以下技术方案：

一种用于激光照明的腔内反射匀光照明装置，包括：

球腔，开有一对轴线相交的侧孔，而球腔的内表面为反射面；

激光光源装置，安装于所述球腔的一侧孔处，从该侧孔处向球腔内出射激光；以及

整形光学镜组，安装于所述球腔的另一侧孔轴向外侧，用于对从该侧孔出射的激光进行整形。