專利名稱：半徑隨機(jī)鋸齒光闌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用半徑隨角度的變化而隨機(jī)變化的鋸齒光闌，并結(jié)合空間濾波器， 來得到填充因子較高，調(diào)制強(qiáng)度較低的徑向光強(qiáng)分布，并在一定的程度上抑制了軸上光強(qiáng)的衍射調(diào)制，屬于高功率激光器制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于圓孔邊緣的索末菲爾德波包在軸上各點(diǎn)都具有相同的位相，它們會同時(shí)干涉相長或相消，致使軸上光強(qiáng)存在強(qiáng)烈的衍射調(diào)制，即使不考慮小尺度自聚焦效應(yīng)對其的增強(qiáng)作用，它本身就會帶來高功率激光器的損傷問題。因此高功率激光器的設(shè)計(jì)中，涉及到這樣一個(gè)基本問題在抑制光束菲涅耳衍射調(diào)制及因此而產(chǎn)生的小尺度自聚焦的前提下，如何保證增益介質(zhì)儲能的充分利用，即高的填充因子。為此，可以使用像超高斯型的軟邊光闌來減少邊緣衍射效應(yīng)，同時(shí)又保證較高的填充因子。這樣的軟邊光欄可以通過諸如感光乳膠、鍍變透射率膜、玻璃磨砂等方法實(shí)現(xiàn)。另外一類解決辦法，是通過圓孔光闌邊緣的波紋調(diào)制來錯亂索末菲爾德波包的位相，從而減弱由此而產(chǎn)生的衍射調(diào)制，這就是波紋鋸齒光闌。它較為適用于高功率激光系統(tǒng)，其特點(diǎn)是抗損傷閾值高，因其是孔狀，它的插入或取出， 不影響光路的調(diào)整，便于工程實(shí)用。目前，各種形狀的鋸齒光闌性能都從理論和實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，其中研究最多效果最好的就是調(diào)幅型波紋鋸齒光闌，在抑制軸上的光強(qiáng)調(diào)制的同時(shí)得到了較高的填充因子和較低的調(diào)制強(qiáng)度。而本發(fā)明是一種新的形狀的鋸齒光闌，即半徑隨角度的變化是隨機(jī)的， 它在抑制軸上的衍射調(diào)制的同時(shí)要比調(diào)幅型波紋鋸齒光闌有更高的填充因子和更低的調(diào)制強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服常見軸上的光強(qiáng)的強(qiáng)烈的菲涅爾衍射，提出一種提高填充因子和降低調(diào)制強(qiáng)度的新形狀的半徑隨機(jī)鋸齒光闌裝置及方法。利用軟件，生成半徑隨角度的增加隨機(jī)變化的鋸齒光闌參數(shù)，即r = a* (l+al*rand(0))，其中a為平均半徑，取值為0. 002m, al為調(diào)制深度，取值為0. 05， rand( θ )為隨角度變化而隨機(jī)變化的函數(shù)，其值在-1到1之間；將參數(shù)導(dǎo)入CAD里，用激光切割的方法，切割出對應(yīng)的光闌。利用matlab軟件，生成半徑隨角度的增加隨機(jī)變化的鋸齒光闌參數(shù)，即r = a*(l+al*rand(6))其中a為平均半徑，取值為0.002，al為調(diào)制深度，取值為0.05， rand( θ )為隨角度變化而隨機(jī)變化的函數(shù)，其值在-1到1之間。將參數(shù)導(dǎo)入CAD里，用激光切割的方法，切割出對應(yīng)的光闌。由于此時(shí)光闌的邊緣的不規(guī)則性更加顯著，更能錯亂索末菲爾德波包在軸上相位，所以在軸上調(diào)制強(qiáng)度的減弱上起到了很大的作用，在相同的光闌的平均半徑和相同調(diào)制深度的鋸齒光闌，其填充因子更大和調(diào)制強(qiáng)度更小，并減少軸上調(diào)制。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對軸上光強(qiáng)調(diào)制的減弱，相比于調(diào)幅型波紋鋸齒光闌的方法有以下優(yōu)點(diǎn)提高了填充因子；降低了調(diào)制強(qiáng)度；減弱軸上光強(qiáng)調(diào)制的范圍更大；在放大中可以加入的光學(xué)元件可以增多；操作更為簡單，易于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明所述的方法可以廣泛應(yīng)用于激光的傳輸過程中的整形和均勻化，能夠明顯提高激光器后續(xù)放大增益介質(zhì)的利用率、穩(wěn)定性和輸出功率。


圖1是本發(fā)明角度間隔為0. 01平均半徑為0. 002的半徑隨機(jī)光闌示意2是平均半徑為0. 002調(diào)幅型波紋鋸齒光闌的示意3是光過半徑隨機(jī)光闌后軸上光強(qiáng)分布示意4是光過調(diào)幅型鋸齒光闌后軸上光強(qiáng)分布示意5是光過圓光闌后軸上光強(qiáng)分布示意6是光過半徑隨機(jī)鋸齒光闌后徑向光強(qiáng)分布示意7是光過調(diào)幅型鋸齒光闌后徑向光強(qiáng)分布示意8是光過圓光闌后徑向光強(qiáng)分布示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在不銹鋼薄板上用激光切割的方法，切割出如圖1所示形狀的光闌，將它加入到平面波激光的光路中，測輸出光軸上和徑向上的光強(qiáng)分布。工作原理如下激光通過光闌之后，任意點(diǎn)處的光強(qiáng)都是光闌面積上每個(gè)點(diǎn)的波包的求和，當(dāng)光闌的邊緣為規(guī)則的圓時(shí)，由于菲涅爾衍射，臨近邊緣處的面積在軸上的點(diǎn)具有相同的位相，因此產(chǎn)生相長或相消干涉，因此在軸上會有光強(qiáng)很強(qiáng)的點(diǎn)，見圖5，也會有為零的點(diǎn)，從圖8中也可以看出在中心出光強(qiáng)起伏較大，這樣很容易損壞激光工作物質(zhì)，調(diào)幅型波紋鋸齒光闌就是要打亂這種一致性，減少軸上的光強(qiáng)調(diào)制，同時(shí)也能減少徑向的調(diào)制。 軸上的光強(qiáng)分布見圖4，徑向光強(qiáng)分布為圖7，我們明顯可以看出鋸齒光闌軸上的光強(qiáng)分布要比圓光闌均勻的多，在20到60的菲涅爾數(shù)的范圍內(nèi)有很好的減弱光強(qiáng)調(diào)制的效果，圖7 中中心處沒有較大的強(qiáng)度起伏。雖然調(diào)幅型鋸齒光闌的效果已經(jīng)很明顯了，但是它還是有一定的周期性的，而本發(fā)明能更好的打亂這種干涉，使軸上光強(qiáng)維持在1左右的距離更大了，從圖3可以看出在菲涅爾數(shù)20到200的范圍內(nèi)都不會有太強(qiáng)的光強(qiáng)，徑向光強(qiáng)分布上圖6要比圖7更均勻。上面都是從圖上直觀的看出的結(jié)果。我們還可以通過填充率和調(diào)制強(qiáng)度比較三個(gè)不同光闌的勻化光束的效果，圓的填充因子為0. 1310，調(diào)幅型波紋鋸齒光闌的填充因子為0. 1419，半徑隨機(jī)的鋸齒光闌的填充因子為0. 1707，可見半徑隨機(jī)的鋸齒光闌有更高的填充因子，也就是能更充分的利用激光器后續(xù)放大增益介質(zhì)的儲能。而圓的調(diào)制強(qiáng)度為1. 5701，調(diào)幅型波紋鋸齒光闌的調(diào)制強(qiáng)度為1. 3760，半徑隨機(jī)的鋸齒光闌的調(diào)制強(qiáng)度為 1. 1957?？梢姲霃诫S機(jī)的鋸齒光闌具有更小的調(diào)制強(qiáng)度，即光強(qiáng)分布更均勻。
權(quán)利要求
1.半徑隨機(jī)鋸齒光闌的制作方法，其特征在于利用軟件，生成半徑隨角度的增加隨機(jī)變化的鋸齒光闌參數(shù)，即r = a* (l+al*rand ( θ ))，其中a為平均半徑，取值為0. 002m, al 為調(diào)制深度，取值為0. 05,rand(6)為隨角度變化而隨機(jī)變化的函數(shù)，其值在-1到1之間； 將參數(shù)導(dǎo)入CAD里，用激光切割的方法，切割出半徑隨機(jī)鋸齒光闌。
全文摘要
半徑隨機(jī)鋸齒光闌的制作方法屬于激光領(lǐng)域。本發(fā)明利用軟件，生成半徑隨角度的增加隨機(jī)變化的鋸齒光闌參數(shù)，即r＝a*(1+a1*rand(θ))，其中a為平均半徑，取值為0.002m，a1為調(diào)制深度，取值為0.05，rand(θ)為隨角度變化而隨機(jī)變化的函數(shù)，其值在-1到1之間；將參數(shù)導(dǎo)入CAD里，用激光切割的方法，切割出對應(yīng)的光闌。本方法通過使用半徑隨角度隨機(jī)變化的鋸齒光闌，相比于傳統(tǒng)的調(diào)幅波紋鋸齒光闌，并配合空間濾波器，提高了徑向的光束填充因子和減弱調(diào)制強(qiáng)度。本發(fā)明可以廣泛用于激光器的光束整形和光強(qiáng)勻化中，能夠保證其具有較高的填充因子，明顯提高激光器儲能物質(zhì)的利用率、穩(wěn)定性和輸出功率。
文檔編號G02B27/00GK102540287SQ20121000135
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者孫哲, 惠勇凌, 朱占達(dá), 李強(qiáng), 王金國, 雷訇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)