[发明专利]高功率激光器Donut模式整形装置和整形镜

权利要求书

1.整形镜，其特征在于，所述整形镜的反射面整体呈中部凸起、外围凹陷形状，所述反射面通过第一母线以一竖直线旋转而成，所述第一母线为一段圆弧线，所述第一母线的曲率半径为4200mm，所述一竖直线穿过第一母线的下端点，第一母线的上端点与第一母线的下端点之间的垂直距离为0.00625mm，所述第一母线的圆心角度数为0.04°；

本整形镜的尺寸参数采用G-S算法得到，具体为：首先对入射光场，通过正向衍射传输得到输出平面上的光场分布；接下来对输出平面上的光场进行修改，用期望获得的光场振幅分布取代原光场振幅分布，但此时保持输出光场的相位不变，然后做逆向衍射传输得到输入平面光场分布；紧接着在输入平面以初始入射光场振幅分布替换此时输入平面上的光场振幅，但保证光场的相位不变；然后继续进行正向衍射传输，按照上述过程不断进行迭代，直至得到理想的结果；

采用2维的G-S算法进行数值模拟，将到达整形镜之前的输出光束作为初始场，采用下式表示：

输出平面上的远场分布用下式表示：

定义期望获得的输出光束远场光强分布为；即Donut模式的光强分布；则

上式中的大小可以改变；

根据光学原理可知，光束在远场的分布可通过以下变换获得：

式中代表波矢， 代表数值模拟中透镜的焦距；

改变式中的大小，可获得不同光斑大小和光斑形态的Donut模式；

计算，即可得出整形镜上相位分布；

通过Matlab对相位分布进行曲面拟合，可设计得到整形镜的结构参数。

2.高功率激光器Donut模式整形装置，其特征在于，包括：权利要求1所述的整形镜，还包括高功率射频板条CO₂激光器，所述高功率射频板条CO₂激光器用于输出模式为高斯基模的光束，所述光束输入到整形镜中。

3.据权利要求2所述的高功率激光器Donut模式整形装置，其特征在于，所述高功率射频板条CO₂激光器包括：谐振腔、窗口镜、转折镜、球面镜、空间滤波器和柱面镜，光束从谐振腔中射出，依次经过窗口镜到达转折镜，所述转折镜将光束转折并到达球面镜，球面镜一方面对波导方向的光束进行准直，另一方面对非稳方向的光束进行聚焦，焦点处设置有空间滤波器，所述空间滤波器用于消除非稳方向上的旁瓣，所述柱面镜处于非稳方向和波导方向束腰半径相等的位置，所述柱面镜将光束反射至整形镜中。

4.根据权利要求3所述的高功率激光器Donut模式整形装置，其特征在于，所述谐振腔包括：尾镜和耦合输出镜，所述尾镜和耦合输出镜正对设置，所述耦合输出镜将光束输出给窗口镜。

5.根据权利要求3所述的高功率激光器Donut模式整形装置，其特征在于，所述窗口镜为金刚石材质。

6.根据权利要求2所述的高功率激光器Donut模式整形装置，其特征在于，所述高功率射频板条CO₂激光器的输出波长为10.6μm。