利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種將高斯光束整形為平行平頂光束的裝置，通過整形生成的平頂光束可以利用到顯微照明。該裝置屬于激光光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展，激光的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，但是由于激光的光強呈高斯分布，而且傳播路徑為雙曲線，所以在一些需要光強分布均勻的平頂光束進行處理的領(lǐng)域其應(yīng)用得到了限制，比如一些特殊的激光加工領(lǐng)域、激光慣性核聚變、激光照明等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的光束整形方法有非球面透鏡組法、衍射光學(xué)元件法、雙折射透鏡組法等，這些方法可以獲得較好的整形結(jié)果，但是元件價格比較昂貴，尤其加工比價困難，而且成品只能對特定光束進行整形，靈活度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有的技術(shù)缺陷和對平頂光束準直性要求的提高，本實用新型提出了利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且能對不同類型的光束進行整形。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為:利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，包括依次相連的擴束準直鏡組、光偏振及檢偏組和擴束濾波透鏡組。
[0005]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，所述的擴束準直鏡組包括第一凸透鏡和第二凸透鏡。
[0006]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，兩凸透鏡的主光軸重合，兩凸透鏡透鏡中心的距離為兩者的焦距之和，同時光線入射的第一凸透鏡的焦距小于第二凸透鏡的焦距。
[0007]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，所述光偏振及檢偏組包括為偏振方向都是水平的第一偏振片和第二偏振片，以及反射型液晶空間光調(diào)制器。
[0008]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，兩偏振片軸線重合，反射型液晶空間光調(diào)制器接有液晶控制裝置。
[0009]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，所述的擴束濾波透鏡組包括第三凸透鏡和第四凸透鏡，以及放置在兩凸透鏡之間的光闌。
[0010]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，兩凸透鏡者的主光軸重合，兩凸透鏡透鏡中心的距離為兩者的焦距之和，光闌的闌孔位于兩凸透鏡共同焦點位置上。
[0011]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，所述的光闌的闌孔為圓形小孔光闌(最大孔徑為2_)，且小孔光闌的孔徑大小可調(diào)。
[0012]所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，所述的各個凸透鏡的端面都鍍有增透膜。
[0013]本實用新型的有益效果是，能夠?qū)⒏咚构馐螢槠巾敼馐瑫r裝置結(jié)構(gòu)簡單，能用于不同類型的高斯光束，從而使該裝置適用范圍更加廣泛。本裝置通過末端準直部分能得到發(fā)散角很小的平行平頂光束。
【附圖說明】
[0014]圖1為激光光束整形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為激光高斯光束的強度分布圖。
[0016]圖3為空間光調(diào)制器的液晶表面結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖中，a表不液晶空間光調(diào)制器的液晶表面每個像素點的長度，b表不液晶表面相鄰像素點的距離。
[0018]圖4為平頂光束的強度分布圖。
[0019]圖中，1:第一凸透鏡；2:第二凸透鏡；3:第一偏振片(起偏器)；4:反射型液晶空間光調(diào)制器(液晶面板)；5:第二偏振片(檢偏器)；6:第三凸透鏡；7:光闌；8:第四凸透鏡；9:液晶控制裝置。
[0020]圖2、圖4中，橫坐標表不光束截面上的點相對光束中心位置的坐標，縱軸表不歸一化光強，即歸一化后的光束強度分布。
【具體實施方式】
[0021]本實用新型設(shè)計了一種利用偏振特性實現(xiàn)整形的裝置，空間光調(diào)制器的液晶控制裝置控制液晶空間光調(diào)制器液晶面上不同位置的折射率，進而實現(xiàn)對光束各點偏振態(tài)的改變，再通過檢偏器后就能生成平頂光束。本實用新型整形范圍廣，最終能在輸出端得到平行平頂光束。
[0022]本實用新型利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，由三大部分構(gòu)成:依次為擴束準直鏡組、光偏振及檢偏組、擴束濾波透鏡組。
[0023]所述的擴束準直鏡組位于輸入高斯光束之后，它是由兩個凸透鏡構(gòu)成，且兩透鏡的距離為兩透鏡焦距之和，光束在擴束(增大激光器發(fā)出的高斯光束的腰斑半徑)的同時，其發(fā)散角減小，光束得到了準直。
[0024]所述的光偏振及檢偏組是由兩個偏振片及液晶空間光調(diào)制器構(gòu)成，兩偏振片的偏振方向都是水平偏振，其中第一片偏振片是為了確保入射到空間光調(diào)制器的光束偏振方向是水平方向。
[0025]空間光調(diào)制器在光路中位于兩偏振片之間，空間光調(diào)制器是一種電控光調(diào)制器器件，其液晶表面由許多液晶分子組成，每個液晶分子都是被一個獨立的電壓信號控制，當(dāng)施加電信號后，由于電場的作用，液晶分子被極化，從而使得空間光調(diào)制器的液晶表面晶胞空間排列發(fā)生變化，進而使得液晶的雙折射率發(fā)生變化，當(dāng)施加電壓信號改變時，光束的偏振態(tài)即得到改變。因此只需通過在空間光調(diào)制的控制系統(tǒng)中輸入控制電壓的灰度圖，即可實現(xiàn)對光束偏振態(tài)的改變。高斯光束的光強特點是中間強，邊緣弱，所以可以通過控制空間光調(diào)制器，讓該光束中心部分偏振態(tài)發(fā)生較大改變，而邊緣部分改變較小，通過檢偏器進行光束的整形后，中心部分光強損失較大，而邊緣部分光強損失較小，從而使光束在一定范圍內(nèi)各處光強將相等，最終生成平頂光束。
[0026]所述的擴束濾波透鏡組由兩個凸透鏡及一個光闌構(gòu)成，由于空間光調(diào)制器工作面比較小，所以在光偏振及檢偏組后加入兩透鏡進行擴束，在擴束的同時實際也起到了準直的作用，同時在兩透鏡共同焦點的位置加入一個光闌，對光束截面強度起伏起到平滑作用。最終得到準直性較好的平行平頂光。
[0027]下面結(jié)合附圖對本裝置進行進一步的說明。
[0028]如圖1所示，光束整形裝置分為三個部分，分別是為擴束準直鏡組、光偏振及檢偏組、擴束濾波透鏡組。反射型液晶空間光調(diào)制器4的液晶面板如圖3所示，其外觀上看表面分布著許多獨立的像素點，而其內(nèi)部構(gòu)造則主要由液晶面和透明電極構(gòu)成，其中液晶面主要是由多層液晶分子構(gòu)成，液晶分子在不同電壓大小的控制下偏轉(zhuǎn)角度不同，使得液晶分子的折射率發(fā)生改變，因而對光束相位調(diào)制能力不同，進而對光束各點偏轉(zhuǎn)態(tài)改變不同；而透明電極則是由許多各自獨立的電壓控制線路構(gòu)成，而且該線路不影響光束的傳播，每個電壓控制線路控制液晶面板上一個像素點，因此可以獨立設(shè)置每個像素點的控制電壓，進而使每個像素點上液晶分子的有不同于其它像素點的偏轉(zhuǎn)量，使得光束各點通過不同像素點位置時，偏振態(tài)的改變也不同。而在液晶控制裝置9中輸入能表征控制各像素點的電壓灰度圖，即可實現(xiàn)對各像素點的電壓控制，現(xiàn)在市場上的空間光調(diào)制器種類很多，比如德國Holoeye公司生產(chǎn)的PLUTO-BB型空間光調(diào)制器，即可實現(xiàn)利用灰度圖控制入射到液晶表面光束各點的相位改變量。其中第一凸透鏡I和第二凸透鏡2構(gòu)成了光擴束準直鏡組；第一偏振片3，第二偏振片5，以及反射型液晶空間光調(diào)制器4及其液晶控制裝置9構(gòu)成了光偏振及檢偏組；第三凸透鏡6與第四凸透鏡8及小孔光闌7構(gòu)成了擴束濾波透鏡組。
[0029]入射到裝置的光為高斯光束，首先經(jīng)擴束準直鏡組，高斯光束的腰斑與第一凸透鏡I的距離應(yīng)遠大于該透鏡的焦距，此時高斯光束將聚焦于第一凸透鏡I的焦面上，由于第二凸透鏡2的焦面與第一凸透鏡I的焦面重合，所以該光束被第二凸透鏡2擴束與準直，高斯光束的發(fā)散角明顯減小，光斑半徑明顯增大，擴束后的高斯光束經(jīng)過偏振方向水平的第一偏振片3后，成為線偏振光，且偏振方向水平，然后經(jīng)過反射型液晶空間光調(diào)制器4，其液晶面板的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由許多的像素點構(gòu)成，每個像素點由一個獨立的電壓控制，由液晶控制裝置9調(diào)節(jié)每個像素點的電壓值，進而改變每個像素點的折射率，從而讓光束通過空間光調(diào)制器液晶面4后，不同位置的偏振態(tài)發(fā)生不同改變，讓光束中心偏振態(tài)改變較大，而邊緣偏振態(tài)改變較小，再經(jīng)過偏振方向水平第二偏振片5 (檢偏器)，由于光束中心的偏振態(tài)偏離水平方向較大，故光強損失較大，而邊緣偏振態(tài)基本不變，所以通過偏振片光強損失較小，即可得到平頂光束。生成的平頂光束再經(jīng)過擴束濾波透鏡組，讓光束進一步準直，其基本原理同擴束準直鏡組準直原理相同，而在第三凸透鏡6和第四凸透鏡8之間所設(shè)置的小孔光闌7，小孔光闌位于兩透鏡的共同焦點處，通過小孔光闌的濾波作用，能夠消除光束邊緣一些光束分布不均勻的噪聲信號，對平頂光束強度起伏起到平滑的作用。最終通過透鏡8之后的輸出光束為平行平頂光束。
[0030]該裝置結(jié)構(gòu)簡單，靈活性很高，通過空間光調(diào)制器，以及檢偏器的旋轉(zhuǎn)，能將各種高斯光束整形為平行平頂光束。
【主權(quán)項】
1.利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:包括依次相連的擴束準直鏡組、光偏振及檢偏組和擴束濾波透鏡組。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:所述的擴束準直鏡組包括第一凸透鏡(I)和第二凸透鏡(2)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:兩凸透鏡的主光軸重合，兩凸透鏡透鏡中心的距離為兩者的焦距之和，同時光線入射的第一凸透鏡(I)的焦距小于第二凸透鏡(2)的焦距。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:所述光偏振及檢偏組包括為偏振方向都是水平的第一偏振片(3)和第二偏振片(5)，以及反射型液晶空間光調(diào)制器(4)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:兩偏振片軸線重合，反射型液晶空間光調(diào)制器(4)接有液晶控制裝置(9)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于，所述的擴束濾波透鏡組包括第三凸透鏡(6)和第四凸透鏡(8)，以及放置在兩凸透鏡之間的光闌(7)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:兩凸透鏡者的主光軸重合，兩凸透鏡透鏡中心的距離為兩者的焦距之和，光闌(7)的闌孔位于兩凸透鏡共同焦點位置上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于，所述的光闌(7)的闌孔為圓形小孔光闌，且小孔光闌的孔徑大小可調(diào)。9.根據(jù)權(quán)利要求2?3、6?7中任一項所述的利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，其特征在于:所述的各個凸透鏡的端面都鍍有增透膜。
【專利摘要】本實用新型提出了一種利用偏振特性生成平行平頂光束的整形裝置，該裝置包括依次相連的擴束準直鏡組、光偏振及檢偏組和擴束濾波透鏡組。本實用新型不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且能對不同類型的光束進行整形。
【IPC分類】G02B27/09, G02B27/28
【公開號】CN204679716
【申請?zhí)枴緾N201520269117
【發(fā)明人】盧景琦, 陳重琳, 趙緒文, 賈信庭, 陶珺
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年4月28日