半徑隨機鋸齒光闌的製作方法

2023-10-06 06:23:14 2

專利名稱：半徑隨機鋸齒光闌的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用半徑隨角度的變化而隨機變化的鋸齒光闌，並結合空間濾波器， 來得到填充因子較高，調製強度較低的徑向光強分布，並在一定的程度上抑制了軸上光強的衍射調製，屬於高功率雷射器製造領域。
背景技術：
由於圓孔邊緣的索末菲爾德波包在軸上各點都具有相同的位相，它們會同時幹涉相長或相消，致使軸上光強存在強烈的衍射調製，即使不考慮小尺度自聚焦效應對其的增強作用，它本身就會帶來高功率雷射器的損傷問題。因此高功率雷射器的設計中，涉及到這樣一個基本問題在抑制光束菲涅耳衍射調製及因此而產生的小尺度自聚焦的前提下，如何保證增益介質儲能的充分利用，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，同時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、玻璃磨砂等方法實現。另外一類解決辦法，是通過圓孔光闌邊緣的波紋調製來錯亂索末菲爾德波包的位相，從而減弱由此而產生的衍射調製，這就是波紋鋸齒光闌。它較為適用於高功率雷射系統，其特點是抗損傷閾值高，因其是孔狀，它的插入或取出， 不影響光路的調整，便於工程實用。目前，各種形狀的鋸齒光闌性能都從理論和實驗中得到了驗證，其中研究最多效果最好的就是調幅型波紋鋸齒光闌，在抑制軸上的光強調製的同時得到了較高的填充因子和較低的調製強度。而本發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的， 它在抑制軸上的衍射調製的同時要比調幅型波紋鋸齒光闌有更高的填充因子和更低的調製強度。

發明內容
本發明的目的在於克服常見軸上的光強的強烈的菲涅爾衍射，提出一種提高填充因子和降低調製強度的新形狀的半徑隨機鋸齒光闌裝置及方法。利用軟體，生成半徑隨角度的增加隨機變化的鋸齒光闌參數，即r = a* (l+al*rand(0))，其中a為平均半徑，取值為0. 002m, al為調製深度，取值為0. 05， rand( θ )為隨角度變化而隨機變化的函數，其值在-1到1之間；將參數導入CAD裡，用雷射切割的方法，切割出對應的光闌。利用matlab軟體，生成半徑隨角度的增加隨機變化的鋸齒光闌參數，即r = a*(l+al*rand(6))其中a為平均半徑，取值為0.002，al為調製深度，取值為0.05， rand( θ )為隨角度變化而隨機變化的函數，其值在-1到1之間。將參數導入CAD裡，用雷射切割的方法，切割出對應的光闌。由於此時光闌的邊緣的不規則性更加顯著，更能錯亂索末菲爾德波包在軸上相位，所以在軸上調製強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製深度的鋸齒光闌，其填充因子更大和調製強度更小，並減少軸上調製。
本發明實現了對軸上光強調製的減弱，相比於調幅型波紋鋸齒光闌的方法有以下優點提高了填充因子；降低了調製強度；減弱軸上光強調製的範圍更大；在放大中可以加入的光學元件可以增多；操作更為簡單，易於實現工程應用。本發明具有實質性的特點和顯著進步，本發明所述的方法可以廣泛應用於雷射的傳輸過程中的整形和均勻化，能夠明顯提高雷射器後續放大增益介質的利用率、穩定性和輸出功率。


圖1是本發明角度間隔為0. 01平均半徑為0. 002的半徑隨機光闌示意2是平均半徑為0. 002調幅型波紋鋸齒光闌的示意3是光過半徑隨機光闌後軸上光強分布示意4是光過調幅型鋸齒光闌後軸上光強分布示意5是光過圓光闌後軸上光強分布示意6是光過半徑隨機鋸齒光闌後徑向光強分布示意7是光過調幅型鋸齒光闌後徑向光強分布示意8是光過圓光闌後徑向光強分布示意圖
具體實施例方式本發明是在不鏽鋼薄板上用雷射切割的方法，切割出如圖1所示形狀的光闌，將它加入到平面波雷射的光路中，測輸出光軸上和徑向上的光強分布。工作原理如下雷射通過光闌之後，任意點處的光強都是光闌面積上每個點的波包的求和，當光闌的邊緣為規則的圓時，由於菲涅爾衍射，臨近邊緣處的面積在軸上的點具有相同的位相，因此產生相長或相消幹涉，因此在軸上會有光強很強的點，見圖5，也會有為零的點，從圖8中也可以看出在中心出光強起伏較大，這樣很容易損壞雷射工作物質，調幅型波紋鋸齒光闌就是要打亂這種一致性，減少軸上的光強調製，同時也能減少徑向的調製。 軸上的光強分布見圖4，徑向光強分布為圖7，我們明顯可以看出鋸齒光闌軸上的光強分布要比圓光闌均勻的多，在20到60的菲涅爾數的範圍內有很好的減弱光強調製的效果，圖7 中中心處沒有較大的強度起伏。雖然調幅型鋸齒光闌的效果已經很明顯了，但是它還是有一定的周期性的，而本發明能更好的打亂這種幹涉，使軸上光強維持在1左右的距離更大了，從圖3可以看出在菲涅爾數20到200的範圍內都不會有太強的光強，徑向光強分布上圖6要比圖7更均勻。上面都是從圖上直觀的看出的結果。我們還可以通過填充率和調製強度比較三個不同光闌的勻化光束的效果，圓的填充因子為0. 1310，調幅型波紋鋸齒光闌的填充因子為0. 1419，半徑隨機的鋸齒光闌的填充因子為0. 1707，可見半徑隨機的鋸齒光闌有更高的填充因子，也就是能更充分的利用雷射器後續放大增益介質的儲能。而圓的調製強度為1. 5701，調幅型波紋鋸齒光闌的調製強度為1. 3760，半徑隨機的鋸齒光闌的調製強度為 1. 1957。可見半徑隨機的鋸齒光闌具有更小的調製強度，即光強分布更均勻。
權利要求
1.半徑隨機鋸齒光闌的製作方法，其特徵在於利用軟體，生成半徑隨角度的增加隨機變化的鋸齒光闌參數，即r = a* (l+al*rand ( θ ))，其中a為平均半徑，取值為0. 002m, al 為調製深度，取值為0. 05,rand(6)為隨角度變化而隨機變化的函數，其值在-1到1之間； 將參數導入CAD裡，用雷射切割的方法，切割出半徑隨機鋸齒光闌。
全文摘要
半徑隨機鋸齒光闌的製作方法屬於雷射領域。本發明利用軟體，生成半徑隨角度的增加隨機變化的鋸齒光闌參數，即r＝a*(1+a1*rand(θ))，其中a為平均半徑，取值為0.002m，a1為調製深度，取值為0.05，rand(θ)為隨角度變化而隨機變化的函數，其值在-1到1之間；將參數導入CAD裡，用雷射切割的方法，切割出對應的光闌。本方法通過使用半徑隨角度隨機變化的鋸齒光闌，相比於傳統的調幅波紋鋸齒光闌，並配合空間濾波器，提高了徑向的光束填充因子和減弱調製強度。本發明可以廣泛用於雷射器的光束整形和光強勻化中，能夠保證其具有較高的填充因子，明顯提高雷射器儲能物質的利用率、穩定性和輸出功率。
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 優先權日2012年1月4日
發明者孫哲, 惠勇凌, 朱佔達, 李強, 王金國, 雷訇 申請人:北京工業大學