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：
本實用新型涉及激光光束的均勻性，特別是2維光強分布截面在一定距離范圍內(nèi)保持光強分布均勻的方法，利用它可以在光束傳輸過程中相當(dāng)長的一段距離上獲得均勻的光強分布。
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，使光束光強分布較弱部分與光強分布較強部分相互疊加，從而使大范圍的光強差別填平，達(dá)到光束截面光強分布均勻。在先技術(shù)方法有1、兩級復(fù)眼式均勻器(參見在先技術(shù)P.E.Rhocles，D.L.Shealy發(fā)表在Applied Opitcs1980，19，3545～3553頁的論文)需要高精密的加工技術(shù)，價格昂貴；2、矩形波導(dǎo)管均勻器(參見在先技術(shù)高鴻奕，樓祺洪等發(fā)表在光學(xué)學(xué)報，1996，16No.10(october)1379～1382頁的論文)制作簡單，裝調(diào)簡易，但光能損失較大；3、楔形鏡折疊光束式均勻器(參見在先技術(shù)M.R.Latta，K.Jain發(fā)表在Optics Communications 1984，49(6)，435～439頁的論文)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合選用，但是均勻的光強分布都只存在于一個特定的具體位置，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程中相當(dāng)長的一段距離上均獲得均勻的光強分布。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問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)簡單，使用靈活，可以在光線一較長的傳輸距離的任一位置截面上保持光強分布均勻。
本實用新型的技術(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，而輸出端位于準(zhǔn)直透鏡的前焦點。
所述的傳能光纖的長度≥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)簡單，使用靈活，可以在光線一較長的傳輸距離的任一位置截面上保持光強分布均勻。在光纖的傳輸波長范圍內(nèi)，可以應(yīng)用到各種類型的激光器上，改善激光光束光強的分布。


圖1為本實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為本實用新型傳能光纖的傳輸原理圖。
具體實施方式
請參閱圖1，圖1為本實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，本實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，而輸出端位于準(zhǔn)直透鏡3的前焦點。
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。光束不同光強分布的部分，經(jīng)多次反射復(fù)合疊加，在出射面以近似點光源出射，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，輸出光束光強分布與入射光束光強分布關(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，傳能光纖的長度與光束均勻性的改善效果成正比關(guān)系，在傳能光纖長度大于1.5m基礎(chǔ)上，光纖越長，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光源出射的光束發(fā)散角相應(yīng)增大，光強均勻分布傳輸?shù)木嚯x減小，若纖芯直徑太小，則光線在光纖內(nèi)反射傳輸時會發(fā)生模式之間的耦合，影響出射光束的光強分布均勻性，因此纖芯直徑存在一個最佳范圍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，對大功率傳能光纖近似為點光源的出射面發(fā)出的光束，準(zhǔn)直成一束近似平行的光線，實現(xiàn)長距離的傳輸且傳輸過程中任何位置截面上的光強分布均勻。
現(xiàn)舉一個具體實施例的參數(shù)如下本實用新型中的光纖為梯度折射率分布的紫外傳能光纖，長度為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，所述的傳能光纖(2)的輸出端位于準(zhǔn)直透鏡(3)的前焦點。
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，而輸出端位于準(zhǔn)直透鏡的前焦點。本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，可以在光線一較長的傳輸距離的任一位置的截面上保持光強分布均勻。
文檔編號G02B6/26GK2828842SQ200520045939
公開日2006年10月18日 申請日期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, 魏運榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所