專利名稱：一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形控制方法及其整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衍射光學及激光整形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置，本發(fā)明還涉及整形控制方法。
背景技術(shù)：
平頂光束整形方法及裝置，在激光直寫、激光慣性約束核聚變、激光通信、激光雷達、激光加工等領(lǐng)域有著廣泛應用。尤其在激光加工中需要做到在遠場可人為設(shè)定的位置， 實現(xiàn)激光束的形狀任意且口徑可變的平頂光束整形，且被整形光束的邊緣陡峭同時光束平頂?shù)墓鈴姴▌訕O低。激光全息、激光材料加工、激光醫(yī)療等領(lǐng)域，常要求光強空間分布均勻的激光光束，而從激光器中直接出來的光束通常為高斯光束，而且對于小同的激光器，束腰半徑是不相等的，因此需要通過激光光束整形裝置，才能將高斯光束整形為光強均勻分布的平頂光束。但現(xiàn)有的技術(shù)對遠場無法實現(xiàn)任意設(shè)定位置，平頂光束整形的激光束的形狀和口徑為不可變，被整形光束的邊緣不陡峭且光束平頂?shù)墓鈴姴▌哟蟮膯栴}。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的技術(shù)對遠場無法實現(xiàn)任意設(shè)定位置，平頂光束整形的激光束的形狀和口徑為不可變，被整形光束的邊緣不陡峭且光束平頂?shù)墓鈴姴▌哟蟮膯栴}。一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置，它包括光學相控陣、透鏡、 輸出面、強度分析采集模塊和處理器模塊，透鏡位于光學相控陣所在的面和輸出面之間，透鏡與相控陣和輸出面之間的距離均為一倍焦距f，入射光束通過光學相控陣再經(jīng)過透鏡傅里葉變換對光束進行整形，在透鏡的焦平面位置即輸出平面得到整形后的光場，強度分布采集模塊對輸出面的整形后的光場的光束強度分布進行采集，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給處理器模塊，處理器模塊通過計算RMSE值并判斷RMSE的值，從而決定是否調(diào)整光學相控陣的相位。一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置的整形控制方法，它包括下述步驟一、根據(jù)公式(1)獲得初始相位Φ1;φ ！ = φ F+2 Ji (rand-0. 5) sine-1 (| Af |) (1)ΦF為光束預期的強度分布It快速傅立葉變換后光場的空間相位分布，Af為光束預期的強度分布It快速傅立葉變換后光場的空間振幅分布，rand為0到1之間的隨機分布，sincT1為sine函數(shù)的逆函數(shù)；二、步驟一的(^根據(jù)公式(2)得到Uk，通過透鏡的快速傅立葉變換計算出輸出面的相位分布Ok，根據(jù)公式(4)算出輸出面的實際獲得的強度分布Ik，即強度分析采集模塊采集到的強度分布Ik，實際獲得的強度分布Ik逐步收斂逼近整形光束預期的強度分布為 It,即理想情況下k =①，Ik = It,
Uk = ^expO'^)(2)Φ, = arg (FFT(Uk)) (3)Ik = IFFT (Uk) 12 (4)其中，Ie為入射激光束的強度分布，Uk為輸出面出射的光場復振幅，k為迭代次數(shù)， k = 1，2，…η，η彡2，arg為求復數(shù)的輻角的函數(shù)，F(xiàn)FT為快速傅立葉變換，exp表示e指數(shù)，i為復數(shù)中的對于虛數(shù)單位的定義；三、根據(jù)步驟二的強度分布It和相位分布Ok通過步驟( 計算出光場Vk，
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置，其特征在于它包括光學相控陣(1)、透鏡O)、輸出面(3)、強度分析采集模塊(4)和處理器模塊(5)，透鏡( 位于光學相控陣⑴所在的面和輸出面⑶之間，透鏡⑵與相控陣⑴和輸出面⑶之間的距離均為一倍焦距f，入射光束通過光學相控陣(1)再經(jīng)過透鏡( 傅里葉變換對光束進行整形，在透鏡O)的焦平面位置即輸出平面C3)得到整形后的光場，強度分布采集模塊對輸出面(3)的整形后的光場的光束強度分布進行采集，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給處理器模塊( ，處理器模塊( 通過計算RMSE值并判斷RMSE的值，從而決定是否調(diào)整光學相控陣 (1)的相位。
2.利用權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置的整形控制方法，其特征是它包括下述步驟一、根據(jù)公式(1)獲得初始相位Φ”φ ！ = φρ+2 π (rand-0. 5) sine-1 (| Af |) (1)ΦF為光束預期的強度分布It快速傅立葉變換后光場的空間相位分布，Af為光束預期的強度分布It快速傅立葉變換后光場的空間振幅分布，rand為0到1之間的隨機分布， sine-1為sine函數(shù)的逆函數(shù)；二、步驟一的Ct1根據(jù)公式(2)得到Uk，通過透鏡O)的快速傅立葉變換計算出輸出面 (3)的相位分布Ok，根據(jù)公式(4)算出輸出面(3)的實際獲得的強度分布Ik，即強度分析采集模塊(4)采集到的強度分布Ik，實際獲得的強度分布Ik逐步收斂逼近整形光束預期的強度分布為Ιτ，即理想情況下k =⑴，Ik = Ιτ，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置其特征是焦距f可以通過在光學相控陣上疊加透鏡相位分布與裝置中的透鏡( 構(gòu)成組合焦距達到軸向變焦，通過人為設(shè)定整形光束預期的強度分布為It的形狀和口徑，可以在輸出面(3)位置獲得相應形狀和口徑的平頂光束。
全文摘要
一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形控制方法及其整形裝置，涉及一種實現(xiàn)邊緣陡峭且光強波動低的平頂光束整形裝置，還涉及整形控制方法。為了解決現(xiàn)有技術(shù)無法靈活設(shè)定位置整形光束，被整形光束的形狀和口徑不可靈活改變，以及邊緣不陡峭且光束平頂光強波動大的問題。本發(fā)明的整形裝置中的透鏡位于光學相控陣所在面和輸出面之間，光束通過光學相控陣再經(jīng)過傅里葉變換透鏡對光束進行整形，在輸出面得到光場，強度分布采集模塊對輸出面的整形后的光場的光束強度分布進行采集并輸給處理器模塊，通過計算RMSE值并判斷是否調(diào)整光學相控陣的相位。本發(fā)明裝置由整形控制方法來實現(xiàn)對光束預期整形。本發(fā)明應用于衍射光學及激光整形技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號G02B27/09GK102540474SQ20121000753
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者吳麗瑩, 張健, 張洪鑫, 王東, 甘雨, 申爭光 申請人:哈爾濱工業(yè)大學