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Asphericon光束整形器使用说明

作者: 时间:2021-12-22

一、工作原理

a|TopShape是基于FriedenKreuzer20世纪60年代提出的折射光束整形概念。它由两个平面非球面透镜组成,第一个非球面通过射线映射将传入的平面波改变为高斯强度,从而产生一个均匀的强度分布。第二个非球面将输出光束再次准直,以获得可变工作距离的Top-Hat光束。其中输出光束的直径是波长的函数!

a|TopShape将准直的高斯光束转化为略微放大的(M≈1.4)准直平顶光束,强度分布均匀。Asphericon光束整形器覆盖的光谱范围很大,可以接受不同的输入光束直径(@ 1/e2 = 10 mm ± 10%),并产生一个至少300毫米的稳定光束轮廓。Asphericon准直平顶光模组的尺寸如下:

如图所示,要得到的光斑尺寸在5um-1mm范围内可使用a|AiryShape,在3.5-22.5mm内可选择a|TopShape

通常光学系统只能对定义好的输入光束分布进行工作,然后对能量重新进行映射。a|TopShape对输入激光光束直径的变化有极强的公差,一般为±10%,即使是在消色差的情况下,也是如此。然而,要使激光适应光束整形系统是有一定难度的,a|AspheriColl可以帮助解决这个问题。关注以下问题有助于更好地进行系统配置:

-使用光纤的数值孔径(NA)和波长;

-对应的模场直径(MFD);

如果想使用一个不同的准直透镜,下图显示了对应的光纤MFD应该选择哪个焦距,以使光束与a|TopShape的输入条件相匹配,否则就用公式计算准直透镜的必要焦距。

二、使用说明

由于准直平顶光的应用可能非常多,因此需要一个灵活的、多功能的光束整形解决方案。由于采用了模块化方式,a|TopShape可以使用准直激光束和光纤耦合出来的光束。与 a|BeamExpanderr a|AspheriColl 相结合,总有一种解决方案可以调整光束并将其转换为均匀的能量分布。

除此之外,还可以在光束整形系统后面增加额外的扩束器a|BeamExpander,以便具体应用缩放准直的Top-Hat光束。通过一个基本的光束整形系统,可实现输出光束直径在很大范围内变化,并完全满足应用要求。

光束整形器可根据实验要求匹配输入和输出光束的大小,而且匹配的适配器保证了高灵活性(见安装调试介绍)。对于更多可能的组合或个性化的解决方案,请联系我们!

根据工作原理,最大的可用工作距离取决于a|BeamExpander的放大倍数力,它被放置在a|TopShape后面。有效工作距离随着光束直径成正比,如下图所示。

a | TopShape的光谱应用范围与a |BeamExpander的应用范围相匹配。因此,它仅受镀膜范围的限制。由于材料的平衡选择和巧妙的设计,a | TopShape可在宽光谱范围内使用。下图显示了一些选定波长的Top Hat强度分布的横截面图。

a | TopShape的光谱应用范围与a |BeamExpander的应用范围相匹配。因此,它仅受镀膜范围的限制。由于材料的平衡选择和巧妙的设计,a | TopShape可在宽光谱范围内使用。下图显示了一些选定波长的Top Hat强度分布的横截面图。


三、波前和光束轮廓测量

a|TopShape可以很容易地与其他BeamTuning元件相结合,包括一个完美的光纤耦合解决方案。

可能的设置:

下面的测量结果来自于上述设置。图中显示了通过14个表面(包括7个非球面镜)后的测量波前(左)和通过12个表面(包括6个非球面镜)后的光束图,工作距离为100毫米 ()。由此得出的波前误差控制得非常好,均方根值仅为0.05λ,与Strehl0.9相对应,证明了其非常高的光学质量。由此产生的0.97的光束均匀性和0.4ISO边缘陡峭度也强调了这一点。

测试中用到的设备有:Phasics SID4-HR-307c, 300x400 pts

四、ISO对光束成型质量评估的解释

ISO13694 规定了许多光束测量程序,通常适用于具有所谓的Top-Hat轮廓的光束。这种二维Top-Hat轮廓的特点是,能量分布呈扁平状,侧面呈陡峭的倾斜。

1. 平顶均匀性

适用于具有近乎平顶轮廓的分布。


Δ EFWHM是指功率/能量密度直方图N(Ei)Emax附近的峰值的半高宽(FWHM),即记录了特定功率/能量密度Ei(x,y)位置的数量。

注意: 0 < Up (z) < 1; Up (z)0,因为分布会变得更加平顶。

2. 边缘陡峭度

功率/能量密度值为峰值的10%90%的有效辐照区域的归一化差异。

在功率/能量密度值为峰值10%的情况下,有效辐照面积为峰值的10%90%的归一化差异。


注意: 0 < Up (z) < 1; Up (z) 0,因为分布的边缘会变得更加垂直。

3. 斯特里尔值

Strehl比值是指在同一光学系统中,测量的点扩散函数(PSF)的峰值强度与完美的衍射限制PSF的峰值强度之比,其中x是位置向量,I(x=0)PSF的最大值,P(x=0)是衍射限制PSF的最大值。S = I (x = 0) /P (x = 0)


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