專利名稱：：準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置，在一定程度上實現(xiàn)了高斯實心激光束向雙半高斯空心激光束的轉(zhuǎn)換，屬于激光
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：理想的空心激光束的特點是內(nèi)壁光強分布陡直，空心區(qū)域完全無光，見圖1所示，稱之為雙半高斯空心激光束。接近理想的空心激光束也就是實用的空心激光束可應(yīng)用于激光加工、原子冷卻、生物工程等領(lǐng)域。到目前為止，就空心激光束的形成已經(jīng)提出多種方案，如橫模選擇法、幾何光學(xué)法、光學(xué)全息法、計算全息法、模式轉(zhuǎn)換法、旋轉(zhuǎn)棱鏡法等，這些方案能夠?qū)崿F(xiàn)圖2所示的高斯實心激光束向圖3所示的雙高斯空心激光束的轉(zhuǎn)換，可見，所獲得的空心激光束內(nèi)壁光強分布并非陡直，且空心區(qū)域并非完全無光。為了獲得理想的空心激光束，申請?zhí)枮?00410016728.X的一件中國發(fā)明專利申請公開了一項屬于幾何光學(xué)法的名稱為單角錐準(zhǔn)直空心激光束產(chǎn)生裝置的技術(shù)方案，見圖4所示，該裝置的結(jié)構(gòu)為，在單角錐l和后置反射鏡2組合的前方，設(shè)置一面中間有小孔3的前置反射鏡4，小孔3位于光路光軸上，入射激光自該小孔3入射，經(jīng)單角錐1和后置反射鏡2，再反射回來進(jìn)入單角錐1偏轉(zhuǎn)后被前置反射鏡4反射形成準(zhǔn)直空心激光束5，不過，經(jīng)實驗測試其光強仍為雙高斯分布。這一技術(shù)效果與YongQian(錢勇)和YuzhuWang(王育竹)在CHINESEOPTICSLETTERS/Vol.2,No.4/April10，2004發(fā)表的題為Theoreticalanalysisofacollimatedhollow-laser-beamgeneratedbyasingleaxiconusingdiffractiveintegral的論文中分析的雙高斯分布相符，其效果僅在于提高了空心激光束空心區(qū)域的無光程度。
發(fā)明內(nèi)容所述已知技術(shù)其不足在于，所形成的空心激光束光強仍為雙高斯分布，尚未成為一種實用的空心激光束，因此，為了獲得內(nèi)壁光強分布陡直，同時空心區(qū)域的無光程度進(jìn)一步降低的實用空心激光束，我們發(fā)明了本發(fā)明之準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，見圖5、圖6所示，準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置依次由凹球面反射鏡6、正軸錐面反射鏡7、正透鏡8組成，三者光學(xué)同軸，正軸錐面反射鏡7的錐面與凹球面反射鏡6的凹球面相對，凹球面反射鏡6的中心開有入射孔9;凹球面反射鏡6與正軸錐面反射鏡7參數(shù)匹配關(guān)系及位置關(guān)系應(yīng)當(dāng)符合下列公式要求<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>及凹球面反射鏡6的凹球面球心0為坐標(biāo)原點，光軸與橫坐標(biāo)重合，R為凹球面半徑，e為正軸錐面反射鏡7錐面的錐角，1為正軸錐面反射鏡7錐面的錐頂?shù)桨记蛎娣瓷溏R6焦點0'的距離，A(XA，yA)為入射實心高斯激光束中任意一根由正軸錐面反射鏡7反射的光線與凹球面反射鏡6的交點，a為相交于點A(XA，yA)的正軸錐面反射鏡7反射光線與過點A(XA，y》凹球面半徑R之間的夾角，凹球面反射鏡6反射光線與光軸相交于點0"，x為點0"橫坐標(biāo)值；正透鏡8的物方焦點與點0"重合，f為正透鏡8的物方焦距。本發(fā)明之裝置的技術(shù)效果在于，入射實心高斯激光束的中心光線A光強I最強，與中心光線A相距光斑半徑r的邊緣光線B的光強I最弱。入射實心高斯激光束自入射孔9入射，照射到正軸錐面反射鏡7的反射錐面上，反射后被轉(zhuǎn)換成發(fā)散的空心圓錐激光束，再經(jīng)凹球面反射鏡反射，轉(zhuǎn)換為匯聚的空心圓錐激光束，且中心光線A、邊緣光線B以及介于二者之間的過渡光線均通過光軸上的一點O"，再經(jīng)正透鏡8轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直的空心圓柱激光束，其光斑呈環(huán)形，見圖7所示。環(huán)形光斑內(nèi)壁光線A是入射實心高斯激光束中心光線A，光強I最強，環(huán)形光斑外壁光線B是入射實心高斯激光束邊緣光線B,光強I最弱，光強分布實驗測試結(jié)果見圖8所示，呈接近雙半高斯分布狀態(tài)，是一種準(zhǔn)雙半高斯空心激光束，實現(xiàn)了發(fā)明目的。圖1是雙半高斯空心激光束光強分布示意圖。圖2是高斯實心激光束光強分布示意圖。圖3是雙高斯空心激光束光強分布示意圖。圖4是已知單角錐準(zhǔn)直空心激光束產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)及準(zhǔn)直空心激光束產(chǎn)生過程示意圖。圖5是本申請準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置結(jié)構(gòu)及準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成過程示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖6是本申請準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置中凹球面反射鏡與正軸錐面反射鏡參數(shù)匹配關(guān)系及位置關(guān)系示意圖。圖7是本申請準(zhǔn)雙半高斯空心激光束環(huán)形光斑示意圖。圖8是本申請準(zhǔn)雙半高斯空心激光束光強分布實驗測試曲線圖。具體實施例方式見圖5、圖6所示，雙半高斯空心激光束形成裝置依次由凹球面反射鏡6、正軸錐面反射鏡7、正透鏡8組成，三者光學(xué)同軸，正軸錐面反射鏡7的錐面與凹球面反射鏡6的凹球面相對。凹球面反射鏡6、正軸錐面反射鏡7采用金屬或者玻璃材料制作，凹球面、錐面為光學(xué)拋光，并鍍有金屬或介質(zhì)反射膜。凹球面反射鏡6、正軸錐面反射鏡7屬于光學(xué)反射鏡。凹球面反射鏡6的中心開有入射孔9，其孔徑大于等于入射實心高斯激光束直徑。正軸錐面反射鏡7的底面與平面鏡10—側(cè)鏡面粘接，平面鏡10采用抗損傷閾值高、對工作波長激光透過率高的玻璃材料制作，起支撐正軸錐面反射鏡7的作用，同時透過由凹球面反射鏡6反射的光。凹球面反射鏡6與正軸錐面反射鏡7參數(shù)匹配關(guān)系及位置關(guān)系應(yīng)當(dāng)符合下列公式要求JC=-h,+式中Qr=arcsm[^-^-]凹球面反射鏡6的凹球面球心O為坐標(biāo)原點，光軸與橫坐標(biāo)重合，R為凹球面半徑，e為正軸錐面反射鏡7錐面的錐角，1為正軸錐面反射鏡7錐面的錐頂?shù)桨记蛎娣瓷溏R6焦點O'的距離,A(XA，yA)為入射實心高斯激光束中任意一根由正軸錐面反射鏡7反射的光線與凹球面反射鏡6的交點，a為相交于點A(XA,yA)的正軸錐面反射鏡7反射光線與過點A(XA,yA)凹球面半徑R之間的夾角，凹球面反射鏡6反射光線與光軸相交于點0"，x為點O"橫坐標(biāo)值；正透鏡8的物方焦點與點0"重合，f為正透鏡8的物方焦距。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>上表給出的十三組參數(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)十三個具體方案。例如第9組參數(shù)所對應(yīng)的方案為，入射實心高斯激光束直徑為2mm，凹球面半徑R為20mm，錐面錐角8為120°，錐面底面直徑(5為6mm,正軸錐面反射鏡7錐面的錐頂?shù)桨记蛎娣瓷溏R6焦點0'的距離/為4.5mm，平面鏡10的厚度d為1.5mm，通光孔徑Di為20mm，正透鏡8的物方焦距f為40mm，兩球面的曲率半徑Ri、R2相等，均為43.2咖，通光孔徑D2為18nim。權(quán)利要求1、一種準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置，其特征在于，該裝置依次由凹球面反射鏡(6)、正軸錐面反射鏡(7)、正透鏡(8)組成，三者光學(xué)同軸，正軸錐面反射鏡(7)的錐面與凹球面反射鏡(6)的凹球面相對，凹球面反射鏡(6)的中心開有入射孔(9)；凹球面反射鏡(6)與正軸錐面反射鏡(7)參數(shù)匹配關(guān)系及位置關(guān)系應(yīng)當(dāng)符合下列公式要求凹球面反射鏡(6)的凹球面球心O為坐標(biāo)原點，光軸與橫坐標(biāo)重合，R為凹球面半徑，θ為正軸錐面反射鏡(7)錐面的錐角，1為正軸錐面反射鏡(7)錐面的錐頂?shù)桨记蛎娣瓷溏R(6)焦點O′的距離，A(xA，yA)為入射實心高斯激光束中任意一根由正軸錐面反射鏡(7)反射的光線與凹球面反射鏡(6)的交點，α為相交于點A(xA，yA)的正軸錐面反射鏡7反射光線與過點A(xA，yA)凹球面半徑R之間的夾角，凹球面反射鏡(6)反射光線與光軸相交于點O″，x為點O″橫坐標(biāo)值；正透鏡(8)的物方焦點與點O″重合，f為正透鏡(8)的物方焦距。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述空心激光束形成裝置，其特征在于，凹球面反射鏡(6)、正軸錐面反射鏡(7)采用金屬或者玻璃材料制作，凹球面、錐面為光學(xué)拋光，并鍍有金屬或介質(zhì)反射膜。凹球面反射鏡(6)、正軸錐面反射鏡(7)屬于光學(xué)反射鏡。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述空心激光束形成裝置，其特征在于，入射孔(9)孔徑大于等于入射實心高斯激光束直徑。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述空心激光束形成裝置，其特征在于，在正軸錐面反射鏡(7)的底面粘接有平面鏡(10)，平面鏡(10)采用抗損傷閾值高、對工作波長激光透過率高的玻璃材料制作。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述空心激光束形成裝置，其特征在于，正透鏡(8)的兩球面的曲率半徑Ri、R2相等。全文摘要準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置在一定程度上實現(xiàn)了高斯實心激光束向雙半高斯空心激光束的轉(zhuǎn)換，屬于激光
技術(shù)領(lǐng)域：
。已知采用幾何光學(xué)法的空心激光束產(chǎn)生裝置其不足在于，所形成的空心激光束光強仍為雙高斯分布，尚未成為一種實用的空心激光束。本發(fā)明準(zhǔn)雙半高斯空心激光束形成裝置依次由凹球面反射鏡、正軸錐面反射鏡、正透鏡組成，三者光學(xué)同軸，正軸錐面反射鏡的錐面與凹球面反射鏡的凹球面相對，凹球面反射鏡的中心開有入射孔，正透鏡的物方焦點與凹球面反射鏡反射光線會聚點重合。本發(fā)明之裝置所形成的空心激光束光強分布接近雙半高斯分布狀態(tài)，是一種實用的準(zhǔn)雙半高斯空心激光束，應(yīng)用于激光加工、原子冷卻、生物工程等領(lǐng)域。文檔編號G02B27/00GK101363956SQ20081005120公開日2009年2月11日申請日期2008年9月23日優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日發(fā)明者于化東,寧國斌,張喜和,淵董,金光勇申請人:長春理工大學(xué)