光束整形(Beam Shaping)是一種利用光束控制技術(shù)來(lái)改變光束的形狀和特性的過(guò)程。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展,激光的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,但是在半導(dǎo)體光刻、激光印刷、激光加工、光學(xué)信息處理等領(lǐng)域中,都對(duì)激光光束的均勻性有著一定的要求。然而激光器諧振腔輸出的光束呈高斯分布,這一特性使其往往不能被直接使用,需要通過(guò)光束整形來(lái)提高均勻性,以滿足應(yīng)用的需求。目前激光光束整形方法主要包括光闌法、場(chǎng)映射法和多孔徑光束聚焦法。 9^L{)t>
b(IZ:ekZ5
一、光闌法 Ypx5:gm|J
ZZ>"LH
光闌法(Aperture Method)是一種常見(jiàn)的光束整形方法,使用的是光闌來(lái)調(diào)整光束的形狀和大小。在光學(xué)設(shè)備中,光闌是一個(gè)用于限制和調(diào)整光束的物理孔徑或開(kāi)口。通過(guò)控制光闌的形狀和大小,可以調(diào)整光束的橫截面形狀和大小,從而達(dá)到特定的光學(xué)性能。例如,將光闌設(shè)置為圓形,可以得到一個(gè)圓形光束;將光闌設(shè)置為矩形,則可以得到一個(gè)矩形光束。 YpOcLxFL
4wMZNa<Sx
在光闌法中,通常使用透鏡或聚焦器將光束聚焦到光闌上,調(diào)整光闌的位置和大小來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的光束形狀和性能。光闌法可以用于激光微加工、光纖通信、光學(xué)傳感等領(lǐng)域,是一種簡(jiǎn)單有效的光束整形方法。 U{\9mt7b!
["O_Phb|
二、場(chǎng)映射法 o%b6"_~%3
~6"=d
場(chǎng)映射法(Field Mapping Method)是一種常用的光束整形方法,它通過(guò)在光學(xué)系統(tǒng)的傳輸路徑中使用特定的光學(xué)元件,如透鏡陣列或光柵陣列,來(lái)調(diào)整光束的形狀和分布。場(chǎng)映射法的基本原理是將輸入光束的場(chǎng)分布映射到輸出光束上,通過(guò)調(diào)整映射元件的參數(shù),可以改變光束的橫截面形狀、尺寸和強(qiáng)度分布。 |oWl9j]Z
4U8N7
在場(chǎng)映射法中,常用的光學(xué)元件包括透鏡陣列和光柵陣列。透鏡陣列可以用來(lái)調(diào)整光束的焦距和聚焦效果,從而改變光束的聚焦性質(zhì)。光柵陣列則可以用來(lái)分割光束和調(diào)整光束的相位分布,從而實(shí)現(xiàn)形狀和分布的變換。 eRqPZb"6MR
pCf9"LLer
三、多孔徑光束聚焦法 Kv9$c(~#
XU`ly3!
多孔徑光束聚焦法(Multi-aperture Beam Focusing Method)由微鏡陣列和聚焦元件組成,輸入光束首先被微鏡陣列分成若干子光束,再通過(guò)聚焦透鏡對(duì)子光束疊加輸出,以實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的整形操作。這種方法適用于空間相干度較低的多模激光器,常用于光刻、激光加工和準(zhǔn)分子激光器的整形中。 {wDq*va
^e]O-,UBk
微鏡陣列材料易獲取,結(jié)構(gòu)緊湊、易于調(diào)整,能量損耗較低,在光束整形領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。微鏡陣列有很多種類(lèi),常見(jiàn)的有正交光楔陣列、復(fù)眼透鏡陣列、微反射鏡陣列、可變焦微透鏡陣列等。微鏡陣列的整形效果受到很多因素制約。其中陣列個(gè)數(shù)的影響最大,通常,雙列微鏡系統(tǒng)的光束整形能力是優(yōu)于單列微鏡系統(tǒng)的,這是因?yàn)榈诙形㈢R會(huì)充當(dāng)場(chǎng)鏡陣列,使得入射光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后,其輻照光斑的邊緣能量差異降低,進(jìn)而提高均勻性。 y6dQ4Whv&
)Q 5 x%
這三種光束整形方法中,光闌法作為傳統(tǒng)光束整形技術(shù)具有原理簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn),但其會(huì)造成輸入光束的能量損失。場(chǎng)映射器法經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)可以做到有效無(wú)損,特別適用于單模激光器的整形。多孔徑光束聚焦法中以DMD為代表的微反射陣列由于可主動(dòng)調(diào)節(jié)有著不錯(cuò)的發(fā)展前景。這些方法常用于激光加工、光通信、光刻、光學(xué)顯微鏡、光學(xué)測(cè)量和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,以滿足各種應(yīng)用的需求。具體選擇哪種方法取決于需要實(shí)現(xiàn)的光束整形效果、光源類(lèi)型、工作波長(zhǎng)以及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。