非球面透镜组激光光束整形系统

在激光显示等领域常常需要光强均匀分布的激光光束,为此,深入分析了一种非球面透镜组激光光束整形系统的设计方法,该方法可以将入射光束为准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束;给出了该非球面透镜组设计的基本过程,主要包括输出光束函数的选择、光线映射函数的确定和非球面参数的确定;最后选择光线映射函数具有解析解形式的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数,分别确定了伽利略型和开普勒型的非球面透镜组激光光束整形系统的参数。     

基于数字微镜阵列的平顶光束空间整形

为了满足激光光斑质量高、扫描快速的目的,采用数字微镜阵列和误差扩散法对单平顶和多平顶的光束整形原理仿真,利用680nm激光建立了实验系统,并进行了光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差3种评价参量对整形结果进行评价,并对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。结果表明,单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1%分别提高到62.3%和56.7%;光场调制度由73.3%分别降到25.6%和30.3%。利用该光束空间整形方法,可得到高质量的多平顶光束,在快速激光扫描领域有一定的应用价值。     

应用于准分子激光的透镜阵列均束器

设计了一套基于积分原理的准分子激光透镜阵列均束系统。通过对 18 块 4 mm×40 mm的柱面透镜叠放,组成9×9级的透镜阵列,将光束分成81束,彼此独立传播,实现了对准分子激光原始光束分束、放大。随后利用收集透镜将每束光叠加在同一位置,得到了在13 mm×13 mm范围内能量均匀度误差小于±5.00的光强分布。克服了原始光斑内部能量分布不够均匀的缺点,达到了准分子激光掩模投影加工的光束质量要求。相比于激光直写的加工方式,提高了加工效率。     

用准分子激光CVD制作SnO2微透镜及其阵列的技术研究

本文利用准分子激光CVD技术以液态SnCl4和氧气为源制出了半径45μm的SnO2薄膜微透镜及微透镜阵列。并从反应机制和生长规律出发对这一生长技术特点和前景进行了阐述。     

光束整形技术展现出应用于激光加工业的潜力

透镜阵列光束整形技术在激光材料加工市场崭露头角.LIMO公司的Vitalij Lissotschenko和Paul Harten介绍了半导体激光器直接应用于激光焊接和激光切割领域的状况. 大功率激光光源现已广泛应用于多种材料的加工领域.目前最普遍的应用包括:焊接、钎焊、切割、钻孔、激光退火、微机械、烧蚀以及微光刻等.对于激光材料加工而言,除了选择合适的激光光源外,选取能够产生适当光场剖面的高效能光学元件也至关重要.     

复眼透镜在激光二极管阵列光束整形中的应用

在回顾复眼透镜对单光束光源的均匀化机制基础上,分析了复眼透镜对激光二极管(LD)阵列光源的光束均匀化机制。即对子光束分割叠加破坏相似性,对所有分割叠加后的子光斑进行叠加获得均匀性。在此基础上,以抽运薄片或者板条激光器需要高功率密度的均匀抽运光为需求,设计了基于复眼透镜的LD阵列光束整形系统,并给出了其中复眼透镜和积分透镜这两个关键部件的结构形式和相关参数。最后根据所设计的复眼透镜LD光束整形系统搭建了相应的实验光路并测试了整形后光斑不均匀性,测试表明不均匀性为9.8%,验证了对复眼透镜LD阵列光束整形的分析。     

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

利用单片非球面透镜实现激光束整形

在非球面透镜组进行激光束整形的技术基础上,设计了应用于TEA CO2激光光束整形的单片非球面镜光束整形系统.基于几何光学原理,利用能量守恒定律和等光程条件进行系统理论模型求解.通过使用龙贝格数值积分和非线性最小二乘法,获得非球面透镜前后两面的矢高.最后,通过光学设计软件ZEMAX进行系统性能优化,并对其可加工性进行了分析.实验结果表明,出射光束的光程差(OPD)为±0.01λ,峰谷值误差为0.0002λ,输出基本为平行光.该方法能有效避免双分离透镜结构系统的筒长过长、不易调节的弊端,使器件结构变得简单,便于加工装调.     

基于随机微透镜列阵的激光光束匀化方法

利用微透镜列阵实现光束的分割和叠加是一种典型的光束匀化方法。而在微透镜列阵实现激光光束匀化时,由于微透镜列阵的周期性和激光的相干性,匀化光斑会产生周期性点阵分布现象,降低了光束匀化质量。提出一种利用中心离轴型随机微透镜列阵消除点阵效应以实现激光光束的匀化方法。在分析光束经过微透镜列阵的传播特性基础上,设计列阵中各个子透镜单元的几何中心偏离其光轴,利用中心离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性,消除目标面处的点阵现象,实现高均匀性的光斑分布。采用移动掩模技术制备随机微透镜列阵,并开展激光光束匀化实验。结果表明,该方法能够有效提高激光光束的均匀性,有望在激光加工、医疗和照明等方向有较大的应用前景。     

利用阶梯镜进行半导体激光器光束整形及光纤耦合

文中首先从半导体激光器阵列的发光特性出发,采用阶梯镜对大功率半导体激光器阵列光束进行整形,最后得到一个纤芯为400μm,数值孔径为0.22的单光纤耦合模块,输出功率为33.7W,耦合效率为84.2%.     

衍射微透镜阵列用于面阵半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对面阵半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了非成像型微透镜阵列光束匀化系统,并对其进行了实验验证。当衍射微透镜的口径为0.125mm,相对孔径为0.1,相位台阶数为8时,测得焦斑在快轴方向的不均匀性为12.34%,能量利用率为96.6%;慢轴方向的不均匀性为5.42%,能量利用率为95.74%。实验结果与理论模拟的结果吻合,验证了衍射微透镜阵列光束匀化系统模型的可行性。     

瓦级半导体激光器光束整形装置

介绍了一种采用光束远场发散角分割的方法 ,利用已有专利的微片棱镜堆光束整形器 ,对瓦级半导体激光器光束整形 ,该装置由半导体激光器、微柱透镜、柱面透镜、微片棱镜堆、聚焦系统和光纤组成 ,该方法可在一定程度上改善整形效果 ,具有结构简单、加工和装配容易的优点     

基于均匀度和平稳度的激光光束匀化性评价

针对激光光束匀化的目的和特性,对现有的光束匀化性评价方法进行了分析,说明了这些方法的特点和存在的问题。提出了一种基于均匀度和平稳度的光束匀化性评价方法,该方法使用面阵CCD采集激光光强分布图像,通过图像处理分析光斑图像,采用均匀度和平稳度评价方法对光斑的整体能量分布和散斑进行评价。实验结果表明该评价方法可以较好地反映激光光束匀化状况。     

大功率半导体激光器阵列光束整形新进展

大功率半导体激光器阵列(LDA)的应用日益广泛,但受其发光机制的限制,光束质量较差.为满足应用要求,必须对LDA光束进行整形处理.介绍了LDA光束整形的基本原理和关键技术,按照光束传播特性的不同,将整形技术分为两大类,即几何光学光束整形和衍射光学光束整形方法进行了阐述.在阐述典型例子的基础上,分析和比较了各种整形方法的优点和不足.     

半导体激光阵列光谱合束技术中变换透镜的研究

利用光栅-外腔的方法对半导体激光阵列(LDA)进行光谱合束时常采用平凸或双凸柱透镜作为变换透镜,然而它会导致外腔的反馈效率低下,经研究发现LDA轴上发光单元的反馈效率为80.5%,对于边缘发光单元甚至降到了49.7%。针对该问题提出了采用双分离柱透镜作为变换透镜,从而可以提高外腔的反馈效率。将传统LDA光谱合束光路展开,并利用Zemax画出它的等效光路,以此来求出平凸变换透镜LDA每个发光单元的反馈效率;根据像差理论分析了平凸变换透镜的成像特点,发现平凸变换透镜的球差和慧差较大,需要对其进行矫正;根据初级像差理论,利用PW法设计了双分离变换透镜,并利用Zemax进行了优化。结果发现,优化后双分离变换透镜可以使10mm宽LDA发光单元的反馈效率达到94.2%以上。研究结果表明使用双分离变换透镜法可提高光谱合束效率。     

窄线宽准分子激光腔内棱镜扩束器的优化设计

棱镜扩束器(PBE)广泛用在准分子激光腔内光谱压窄系统中,可以有效降低光束发散角和系统内能量密度。为了实现窄线宽激光输出并降低腔内损耗,需要对棱镜扩束器的棱镜个数、单棱镜扩束倍数和棱镜顶角进行优化设计。根据棱镜扩束倍数的理论,数值分析了入射角、顶角和出射角对棱镜扩束倍数的影响,并在实验上很好地验证了扩束倍数与入射角的关系。此外,推导了激光器线宽压窄系统实现一定激光线宽输出所需的总棱镜扩束倍数。优化设计了扩束倍数M为13.3的氟化钙消色散棱镜扩束器,在此基础上,实现了0.915pm的窄线宽ArF激光输出,实验结果与理论设计吻合。     

千瓦级高光束质量半导体激光线阵合束光源

低光束质量严重限制了大功率半导体激光器的应用,为了满足日益增长的工业和国防领域应用需求,发展兼具高功率和高光束质量激光输出的半导体激光光源具有重要意义。采用线阵合束方式集成20个传导热沉封装半导体激光单元,结合斜45°柱透镜阵列整形方法和准直技术,直接均衡激光束快慢轴方向的光斑和发散角,通过波长合束和偏振合束,研制出一种可实用化、连续输出功率1030W、快慢轴方向光参量积分别为18.3mm.mrad和17.7mm.mrad、最大电-光转换效率44%的808nm和870nm双波长半导体激光合束光源,实现了高效率、高功率和高光束质量激光输出,可作为直接光源应用于工业和国防领域。