CN106842587B - 衍射光学方法实现高斯光整形为超高长宽比的极细线型均匀光斑 - Google Patents

衍射光学方法实现高斯光整形为超高长宽比的极细线型均匀光斑 Download PDF

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Abstract

本发明为一种新的利用平顶光衍射光学元件将高斯光整形为高长宽比的极细线型光斑的光路。其光路结构沿激光传播方向依次包括平顶光元件、球透镜、柱透镜。根据激光源参数，目标线光斑参数，得到相应规格的平顶光元件、球透镜、柱透镜，并得到最佳工作距离。衍射法具有结构简单轻便、光能利用率高、设计自由度高、光束能量均匀的优点。

Description

衍射光学方法实现高斯光整形为超高长宽比的极细线型均匀 光斑
技术领域
本发明提出一种新的利用平顶光衍射光学元件将高斯光整形为高长宽比的极细线型光斑的光路结构。
背景技术
在激光加工产业尤其是激光切割行业，对光束质量提出了越来越高的要求，一方面，精细加工要求光斑越来越小，一方面对光束能量均匀性要求越来越高，同时对多样的光斑形态提出了要求。其中，线性光斑在诸如玻璃整体切割等领域得到了越来越多的应用。在激光三维传感***中，线结构照明，又被称为“光刀”，用于测量物体表面各点的深度。
产生线光斑的方法很多，比较典型的有柱面镜和球面镜组合的方法，其他的方法包括衍射法和转镜扫描法等。商用的光刀投影器，在约100mm距离得到最小线宽大约0.1mm的线光，随着投影距离增加，光斑最小线宽随之增大。
衍射法具有结构简单轻便、光能利用率高、设计自由度高、光束能量均匀的优点。本发明利用衍射光学方法设计一种能产生能量分布均匀的光斑的平顶光元件，结合球透镜和柱透镜这些传统光学元件，得到一种长宽比1000以上，线宽15μm以下的极细线型均匀光斑。
发明内容
一种新的利用平顶光衍射光学元件将高斯光整形为高长宽比的极细线型光斑的光路。其光路结构沿激光传播方向依次包括平顶光元件、球透镜、柱透镜。
第一步，根据激光源参数，目标线光斑参数，得到相应规格的平顶光元件、球透镜、柱透镜，并得到最佳工作距离。
第二步：将激光光束扩束准直，满足平顶光元件对入射光的要求.
第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有平顶光元件、球透镜、柱透镜。
第四步：在聚焦元件焦距F处，观察光斑分布，调试像面的距离直至得到需要的光斑。
附图说明
下面分别说明：
图1是本专利保护的的实施方案的光路图，通过调节工作距离L，像面上的线型光斑的宽度随之改变。
图2是使用本专利保护的实施方案实现的一个长10mm，宽15μm线型均匀光斑的能量分布实测平面图。
图3是使用本专利保护的实施方案实现的一个长10mm，宽15μm线型均匀光斑的能量分布实测三维图。
具体实施方式
平顶光元件配合其他传统光学元件，包括球透镜、柱透镜、扩束准直镜以实现极细线型均匀光斑。
具体实施包括：
1、根据入射光参数(包括波长、束腰直径、发散角)以及最终需要得到的线型光斑的参数(光斑尺寸、长宽比、工作距离等)选择合适的平顶光元件、球透镜和柱透镜，并以及它们之间的距离。
2、按照设计方案调试光路，在适当工作距离处得到所需要的光斑。
实例和效果
实例1实现长10mm，宽15μm的线型均匀光斑。
有一激光入射光源，波长为λ，束腰直径为D，要实现长L0、宽W的线型均匀光斑。
第一步为了得到最佳的效果，考虑一个平顶整形元件和焦距为F的球透镜和焦距为f的柱透镜。
第二步：将激光光束扩束准直，满足平顶光元件对入射光的要求.
第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有平顶光元件、球透镜、柱透镜.
第四步：在聚焦元件焦距F处，观察光斑分布，调试像面的距离直至得到需要的光斑。
实际得到的光斑如图2、图3。

Claims (5)

1.一种利用平顶光衍射光学元件将高斯光整形为高长宽比的极细线型光斑的光路结构，其光路结构沿激光传播方向仅包括平顶光元件、焦距为F的球透镜、焦距为f的柱透镜；
第一步，根据激光源参数，目标线光斑参数，得到相应规格的平顶光元件、球透镜、柱透镜，并得到最佳工作距离L；
第二步：将激光光束扩束准直，满足平顶光元件对入射光的要求；
第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有平顶光元件、球透镜、柱透镜；
第四步：在聚焦元件焦距F处，观察光斑分布，调试像面的距离直至得到需要的光斑，获得长宽比1000以上，线宽15μm以下的极细线型均匀光斑。
2.如权利要求1所述的光路结构，其特征是平顶光衍射光学元件材料为石英玻璃、普通玻璃、ZnSe。
3.如权利要求1所述的光路结构，其特征是激光光源参数包括波长、束腰直径、发散角。
4.如权利要求1所述的光路结构，其特征是目标光斑参数包括光斑长、宽、工作距离。
5.如权利要求1所述的光路结构，其特征是球透镜、柱透镜参数包括焦距以及相对位置。
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