一种实现不同空占比环形光束的整形装置及方法与流程

本发明属于光束整形，更具体地，涉及一种实现不同空占比环形光束的整形装置及方法。

背景技术：

1、随着激光技术的发展，激光被广泛应用于光学精密制造等领域。然而，激光束输出光斑的光强分布通常为高斯型，在一些特殊应用场合，需要将激光束整形为一些特定形式的光强分布，以满足特定的应用需求。衍射光学元件是利用激光的相位特性，对激光束的波前进行调控，使得激光束的光强重新分布，从而实现光束整形。将高斯光束整形为环形光束的常用的衍射光学元件有衍射轴棱锥、螺旋相位板和随机相位板，然而衍射轴棱锥和螺旋相位板调制得到的环形光束会在光斑中心产生一个奇点，使得其实际应用受到一定的限制，而随机相位板则依赖于优化算法来求解，对于不同占空比的环形光束需要单独设计，且容易陷入局部最优解，而使得其光束整形效果受到一定的局限性。现有的占空比环形光束系统的设计结构复杂，调解占空比时需要重复设计。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种实现不同空占比环形光束的整形装置及方法，可有效提升实现不同占空比环形光束的效率。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、具体的，本发明提供一种实现不同空占比环形光束的整形装置，包括：

4、激光器，衍射光学元件，聚焦透镜；

5、所述的激光器用于发射激光光束到所述的衍射光学元件上；

6、所述的衍射光学元件用于对激光光束进行整形，得到不同占空比的环形光束；

7、所述的聚焦透镜用于将不同占空比的环形光束成像在焦平面上。

8、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的激光器的输出光束为高斯光束。

9、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述高斯光束的束腰半径为ω0，ω0是光强为光斑中心光强1/e2处的半径。

10、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的激光器具有较好的光束质量，包括但不限于半导体激光器、光纤激光器等，激光器的输出波长包括但不限于可见光、红外波段。

11、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的衍射光学元件的相位分布为圆对称结构，其中间环带与其他区域的相位差为π，加工深度d＝λ/(2n-2)，

12、其中，n为衍射光学元件材料的折射率，λ为激光器的波长。

13、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的衍射光学元件的中间环带的内径为r内＝0.6kω0、外径为r外＝1.3kω0，

14、其中，k为环带系数，取值范围为0.7～1.5。

15、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的衍射光学元件为加工的相位元件，有且仅有两种相位值：0和π。

16、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的衍射光学元件为加载在空间光调制器上的相位信息。

17、作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述的聚焦透镜是具有聚焦功能的透镜，例如可以为傅里叶透镜。

18、为实现上述目的，本发明实施例还提供如下技术方案：

19、具体的，本发明提供一种实现不同空占比环形光束的整形方法，包括如下步骤：

20、s1.激光器发射激光光束到所述的衍射光学元件上对激光光束进行整形，得到环形光束；

21、s2.调整所述的衍射光学元件的环带系数k，得到不同占空比的环形光束；

22、s3.将得到的不同占空比的环形光束成像在所述的聚焦透镜的焦平面上。

23、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

24、本发明提供一种实现不同空占比环形光束的整形装置及方法，通过给定中间环带的内外径参数与入射激光束腰半径的比例关系，可在透镜焦平面上得到环形光束；在保持中间环带的内外径参数之比的情况下，通过调整环带系数改变衍射光学元件的相位分布实现环形光束占空比的连续调整，可有效提升实现不同占空比环形光束的效率，进一步提升激光在精密制造等领域的加工效率，拓展其应用范围。

技术特征：

1.一种实现不同空占比环形光束的整形装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的所述的整形装置，其特征在于，激光器的输出光束为高斯光束。

3.根据权利要求2所述的所述的整形装置，其特征在于，所述高斯光束的束腰半径为ω0，ω0是光强为光斑中心光强1/e2处的半径。

4.根据权利要求1所述的所述的整形装置，其特征在于，所述的激光器包括半导体激光器、光纤激光器，激光器的输出波长包括可见光波段、红外波段。

5.根据权利要求1所述的所述的整形装置，其特征在于，所述的衍射光学元件的相位分布为圆对称结构，其中间环带与其他区域的相位差为π，加工深度d＝λ/(2n-2)，

6.根据权利要求5所述的所述的整形装置，其特征在于，所述的衍射光学元件的中间环带的内径为r内＝0.6kω0、外径为r外＝1.3kω0，

7.根据权利要求1所述的所述的整形装置，其特征在于，所述的衍射光学元件为加工的相位元件，有且仅有两种相位值：0和π。

8.根据权利要求1所述的所述的整形装置，其特征在于，所述的衍射光学元件为加载在空间光调制器上的相位信息。

9.根据权利要求1所述的所述的整形装置，其特征在于，所述的聚焦透镜为傅里叶透镜。

10.一种实现不同空占比环形光束的整形方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及光束整形技术领域，具体公开了一种实现不同空占比环形光束的整形装置及方法，通过给定中间环带的内外径参数与入射激光束腰半径的比例关系，可在透镜焦平面上得到环形光束；在保持中间环带的内外径参数之比的情况下，通过调整环带系数改变衍射光学元件的相位分布实现环形光束占空比的连续调整，可有效提升实现不同占空比环形光束的效率，进一步提升激光在精密制造等领域的加工效率，拓展其应用范围。

技术研发人员：张涛,武春风,李强,姜永亮,吕亮,胡金萌,唐仕旺,梁传样,张仕杨
受保护的技术使用者：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13