[发明专利]一种激光光束整形装置及方法

说明书

本发明属于光场调控技术领域，公开了一种激光光束整形装置及方法，光束整形装置包括：包括激光器、扩束镜、空间光调制器、第一透镜、光阑、第二透镜、分光棱镜、第三透镜、CCD、第四透镜、计算机、样品面、混合全息图；所述计算机分别与所述空间光调制器和CCD相机连接，用于控制CCD采集、混合全息图计算、空间光调器控制工作；本发明根据光场采集的信息通过数据处理计算出光场评价指标因子，与预期的光场评价指标因子对比，计算和优化得到光栅衍射全息图。通过加载于调制器硬件来实现光束整形，相较于现有调制器整形技术，该方法提高了能量利用率及光束整形效果，运算速率也得到了一定提升。

【技术领域】

本发明涉及光场调控技术领域，具体来说，涉及一种的激光光束整形装置及方法。

【背景技术】

激光因其具有能量密度高、方向性好、相干性高、热影响区小等特性，广泛应用于精密加工、信息处理技术、生物医学、光学检测等领域。

然而，激光光束能量一般呈高斯分布，这种能量的分布特性使得激光的应用受到很大的限制。例如，在高功率固体激光器应用过程中，高斯分布的中心区域光束会导致激光晶体和光学元件的损伤，而平顶光束把强度分散匀化在整个光斑尺寸中,可以大大提高光学器件的损伤阈值；在激光加工过程中，这种能量的分布特性会使得材料在局部范围内产生热累积，从而影响加工效果的一致性；在全息存储应用领域中，这种能量的分布不均匀特性直接影响存储的质量，因此将激光整形为均匀光束成为迫切的需要。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种激光光束整形装置，包括激光器、扩束镜、空间光调制器、第一透镜、光阑、第二透镜、分光棱镜、第三透镜、CCD、第四透镜、计算机、样品面、混合全息图；

第一透镜、光阑以及第二透镜组成滤波组件；

空间光调制器、滤波组件、分光棱镜、第三透镜以及CCD组成光束整形系统；

激光器产生的激光经过扩束镜直接入射到空间光调制器上，经调制出射的光束经过滤波组件后入射到分光棱镜内；经分束棱镜后激光分为两部分，第一部分经反射后通过第三透镜传递到CCD相机中；

另一部分经透射后通过第四透镜聚焦在样品面；

计算机分别与空间光调制器和CCD相机连接，用于控制CCD采集、混合全息图计算、空间光调器控制工作。

一种的激光光束整形方法，包含以下步骤：

S1、计算分区光栅衍射全息图；

S2、搭建激光光束整形装置，将光路系统中的空间光调制器用于加载分区光栅衍射全息图，经光束整形系统中空间光调制器衍射、透镜聚焦后产生目标场信息；

S3、采集及处理数据，将光束整形系统中的CCD用于采集目标场信息，并生成图像信息，并将图像信息数据通过相应公式计算出光场评价指标因子；

将光场评价指标因子与预期指标因子进行对比分析，若是优于预期则完成整形；若达不到预期，则将采集计算得到数据用来优化分区光栅衍射全息图，得到修正后的分区光栅衍射全息图；

S4、重新加载计算，将修正后的分区光栅衍射全息图重新加载于激光光束整形装置中，重复S2即可。

优选的，S1计算分区光栅衍射全息图包括掩模区域内和掩模区域外2个区域；

掩模区域内表征掩模图形和衍射光栅的混合信息，用于将掩模区域内的光斑信息水平平移到一定距离、面积区域为S范围内；

掩模区域外包含8个子区域；分别为左上区域、正上区域、右上区域、左区域、右区域、左下区域、正下区域和右下区域；

优选的，S3中，光场评价指标因子包含光斑均匀性σ、均方误差e、整形效率μ的计算表达式如下表征：