專利名稱：改善激光光束均勻性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光光束的均勻性，特別是2維光強(qiáng)分布截面在一定距離范圍內(nèi)保持光強(qiáng)分布均勻的方法，利用它可以在光束傳輸過(guò)程中相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離上獲得均勻的光強(qiáng)分布。
背景技術(shù)：
在激光光束均勻性改善的裝置中，多采用光束復(fù)合疊加，使光束光強(qiáng)分布較弱部分與光強(qiáng)分布較強(qiáng)部分相互疊加，從而使大范圍的光強(qiáng)差別填平，達(dá)到光束截面光強(qiáng)分布均勻。在先技術(shù)方法有1、兩級(jí)復(fù)眼式均勻器(參見(jiàn)在先技術(shù)P.E.Rhocles，D.L.Shealy發(fā)表在Applied Opitcs1980，19，3545～3553頁(yè)的論文)需要高精密的加工技術(shù)，價(jià)格昂貴；2、矩形波導(dǎo)管均勻器(參見(jiàn)在先技術(shù)高鴻奕，樓祺洪等發(fā)表在光學(xué)學(xué)報(bào)，1996，16No.10(october)1379～1382頁(yè)的論文)制作簡(jiǎn)單，裝調(diào)簡(jiǎn)易，但光能損失較大；3、楔形鏡折疊光束式均勻器(參見(jiàn)在先技術(shù)M.R.Latta，K.Jain發(fā)表在Optics Communications 1984，49(6)，435～439頁(yè)的論文)及梯形棱鏡均勻器則裝調(diào)較為困難。這些方法均可以在不同均勻要求的場(chǎng)合選用，但是均勻的光強(qiáng)分布都只存在于一個(gè)特定的具體位置，此特定位置由均勻器本身的參數(shù)決定，不可能在光束傳輸過(guò)程中相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離上均獲得均勻的光強(qiáng)分布。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述在先技術(shù)的困難，提供一種改善激光光束均勻性的裝置，該裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，可以在光線一較長(zhǎng)的傳輸距離的任一位置截面上保持光強(qiáng)分布均勻。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種改善激光光束均勻性的裝置，其特征是在激光器的輸出光路上依次設(shè)置聚焦透鏡、具有一定纏繞半徑的梯度折射率分布的傳能光纖和準(zhǔn)直透鏡，所述的傳能光纖的輸入端位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)，而輸出端位于準(zhǔn)直透鏡的前焦點(diǎn)。
所述的傳能光纖的長(zhǎng)度≥1.5米。
所述的傳能光纖的纖芯直徑的最佳范圍為0.1～10mm。
所述的傳能光纖的纏繞半徑的取值范圍是20cm～100cm。
本實(shí)用新型改善激光光束均勻性的裝置，與在先技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，可以在光線一較長(zhǎng)的傳輸距離的任一位置截面上保持光強(qiáng)分布均勻。在光纖的傳輸波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以應(yīng)用到各種類型的激光器上，改善激光光束光強(qiáng)的分布。


圖1為本實(shí)用新型改善激光光束均勻性的裝置的原理結(jié)構(gòu)圖，圖2為本實(shí)用新型傳能光纖的傳輸原理圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型改善激光光束均勻性的裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型改善激光光束均勻性的裝置，是在激光器4的輸出光路上依次設(shè)置聚焦透鏡1、具有一定纏繞半徑的梯度折射率分布的傳能光纖2和準(zhǔn)直透鏡3，所述的傳能光纖2的輸入端位于聚焦透鏡1的焦點(diǎn)，而輸出端位于準(zhǔn)直透鏡3的前焦點(diǎn)。
所述的聚焦透鏡1起光束耦合作用。從激光器4發(fā)出的激光光束，經(jīng)聚焦透鏡1聚焦，會(huì)聚并充滿傳能光纖2的入射端面，其中光線入射角小于傳能光纖2的數(shù)值孔徑規(guī)定角度的光線能在光纖內(nèi)多次反射地傳輸通過(guò)該傳能光纖2。根據(jù)傳能光纖2的數(shù)值孔徑及纖芯直徑可確定聚焦透鏡1的焦距f。
所述的梯度折射率分布的大功率傳能光纖2，起光束均勻器作用，光纖兩端面作平面拋光處理。如圖2所示，入射角小于傳能光纖2數(shù)值孔徑規(guī)定角度的光線，在傳能光纖2內(nèi)兩種不同折射率材料的界面上發(fā)生全反射。光束不同光強(qiáng)分布的部分，經(jīng)多次反射復(fù)合疊加，在出射面以近似點(diǎn)光源出射，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡3后發(fā)出平行光束。只要傳能光纖2足夠長(zhǎng)，輸出光束光強(qiáng)分布與入射光束光強(qiáng)分布關(guān)聯(lián)性就很小，甚至完全不相干，僅由傳能光纖2本身傳輸特性決定。改變傳能光纖的長(zhǎng)度、纖芯直徑及纏繞半徑R，可改變光束均勻性的改善效果。其中，傳能光纖的長(zhǎng)度與光束均勻性的改善效果成正比關(guān)系，在傳能光纖長(zhǎng)度大于1.5m基礎(chǔ)上，光纖越長(zhǎng)，光線在光纖內(nèi)復(fù)合疊加的次數(shù)就越多，輸出光束光強(qiáng)分布均勻性越好；傳能光纖纖芯直徑的大小影響了光束均勻性的改善效果及保持光強(qiáng)均勻分布傳輸?shù)木嚯x，纖芯直徑增大，在出射端面近似為點(diǎn)光源出射的光束發(fā)散角相應(yīng)增大，光強(qiáng)均勻分布傳輸?shù)木嚯x減小，若纖芯直徑太小，則光線在光纖內(nèi)反射傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生模式之間的耦合，影響出射光束的光強(qiáng)分布均勻性，因此纖芯直徑存在一個(gè)最佳范圍0.1mm～10mm；光纖纏繞半徑R的大小影響了光束均勻性的改善效果及傳輸損耗，若纏繞半徑減小，則能夠在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓饩€減少，相應(yīng)損耗增大，纏繞半徑R一般取在20cm～100cm范圍內(nèi)。
所述的準(zhǔn)直透鏡3，對(duì)大功率傳能光纖近似為點(diǎn)光源的出射面發(fā)出的光束，準(zhǔn)直成一束近似平行的光線，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的傳輸且傳輸過(guò)程中任何位置截面上的光強(qiáng)分布均勻。
現(xiàn)舉一個(gè)具體實(shí)施例的參數(shù)如下本實(shí)用新型中的光纖為梯度折射率分布的紫外傳能光纖，長(zhǎng)度為2m，光纖直徑1mm，數(shù)值孔徑NA＝0.1，光纖兩端面作拋光處理。根據(jù)光纖數(shù)值孔徑確定聚焦透鏡1為f＝100mm的石英透鏡，準(zhǔn)直透鏡3的焦距f＝200mm。應(yīng)用于308nm紫外XeCl準(zhǔn)分子激光器，獲得了良好的均勻性效果，均勻光斑平頂因子F＝0.856，保持光強(qiáng)均勻分布的截面從準(zhǔn)直透鏡位置起變化范圍可以達(dá)到3m。
權(quán)利要求1.一種改善激光光束均勻性的裝置，其特征是在激光器(4)的輸出光路上依次設(shè)置聚焦透鏡(1)、具有一定纏繞半徑的梯度折射率分布的傳能光纖(2)和準(zhǔn)直透鏡(3)，所述的傳能光纖(2)的輸入端位于聚焦透鏡(1)的焦點(diǎn)，所述的傳能光纖(2)的輸出端位于準(zhǔn)直透鏡(3)的前焦點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善激光光束均勻性的裝置，其特征在于所述的傳能光纖(2)的長(zhǎng)度≥1.5米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善激光光束均勻性的裝置，其特征在于所述的傳能光纖(2)纖芯直徑的最佳范圍為0.1～10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種改善激光光束均勻性的裝置，特征在于所述的傳能光纖(2)的纏繞半徑的取值范圍是20cm～100cm。
專利摘要一種改善激光光束均勻性的裝置，其特征是在激光器的輸出光路上依次設(shè)置聚焦透鏡、具有一定纏繞半徑的梯度折射率分布的傳能光纖和準(zhǔn)直透鏡，所述的傳能光纖的輸入端位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)，而輸出端位于準(zhǔn)直透鏡的前焦點(diǎn)。本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，可以在光線一較長(zhǎng)的傳輸距離的任一位置的截面上保持光強(qiáng)分布均勻。
文檔編號(hào)G02B6/26GK2828842SQ200520045939
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者李紅霞, 樓祺洪, 董景星, 周軍, 魏運(yùn)榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所