《非球面透镜组激光光束整形系统》-论文

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1、非球面透镜组激光光束整形系统范增明作者简介：范增明（1987-）男，河北石家庄人，硕士，主要从事激光光束整形方面的研究工作。，李卓导师简介：李卓（）男，北京人，教授，博士生导师，主要研究方向：红外目标仿真。，钱丽勋，赵蔚彬（北京理工大学光电学院，北京100081）摘要：详细介绍了一种用于服从高斯分布的准直激光光束匀化的非球面透镜组设计的基本过程，主要包括输出光束光强分布函数的选择、光线追迹函数的确定和非球面参数的确定。并根据系统的设计方法，选择具有解析解形式的光线追迹函数的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数，分别求出了描述伽利略型和开普勒

2、型的非球面透镜组的数值解，并利用非线性最小二乘法将数值解拟合成非球面的标准表达式，最后利用软件进行了仿真分析，证明了这一方法的可行性。关键字：几何光学激光光束整形；激光光束匀化；非球面透镜组。中图分类号：TN249文献标识码：AAsphericallenslaserbeamshapingsystemFANZeng-ming,LIZhuo,QIANLi-xun,ZhaoWei-bin(BeijingInstituteofTechnologySchoolofOptoelectronicsBeijing100081,China)Abstract

3、:ThepaperintroducedamethodofusingtwoasphericallenstoconvertasinglemodelaserbeamwithGaussianlightintensitydistributiontoaflat-topbeamwithuniformlightintensitydistribution.Mainlyincluding:choosingthefunctionoftheoutputbeam，determingtheraymappingfunctionandtheparametersofthe

4、asphericallens.Accordingtothisdesignmethod,toselecttheflattenedLorentzianfunctionwhichhasananalyticalraytracingfunctionastheoutputbeamdistributionfunction,then,respectivelycalculatedthenumericalsolutionsofGalileanconfigurationandKeplerianconfigurationasphericallenssurface

5、s，Thenanon-linearleastsquaresfittingmethodisusedtofitthesurfacedatatoageneralasphericalsurfaceequation.Atlast,anopticaldesignsoftwareZEMAXisservedasthesimulationtoolstoimprovethefeasibilityofthemethodsmentionedabove.Keywords:GeometricOptics;LaserBeamShaping;LaserBeamHomog

6、enization;AsphericalLensSystem.0.引言激光具有高亮度，单色性，相干性，方向性等诸多优点，因此在很多领域得到了广泛的应用，但是在诸如激光投影显示，全息存储，激光平板印刷，光存储等应用领域，往往对光束的均匀性都有较高的要求，由于激光器输出光束的光强并不是均匀分布的(一般服从高斯分布)，所以需要对高斯光束进行整形，以便得到光强分布均匀的激光光束，如图1所示,激光光束整形的目的就是将入射的光强服从高斯分布的激光光束激光转换为光强均匀分布的激光光束。图1激光光束整形系统Fig.1Laserbeamshapingsys

7、tem为了能得到光强均匀分布的激光光束，早期人们常常利用的方法是先将激光光束扩束，然后将扩束后的光束通过光阑，光阑只允许光束中光强分布较为均匀的部分通过，从而可以得到均匀分布的光强[1]，但是这种方法存在能量利用率很低，也有利用不同透过率的光学元件它对于光束光强大的地方有较低的透过率，对光强小的地方有较高的透过率，这样激光光束通过不同透过率的光学元件以后也可以得到均匀分布的光束[2]。但是同样存在能量损失严重的缺陷。1965年Frieden提出了基于位相移动的非球面透镜组整形方法[3]，该方法基于几何光学原理设计，能量损失很小，并且对于单

8、模激光光束而言可以通过整形得到均匀性极高的平顶光束，下面主要介绍如何利用非球面透镜组实现光束整形。1.基本原理非球面透镜组整形系统通常由两个非球面透镜组成，与望远镜类似，根据第一个非球面的形状