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平顶光束是什么?光束成型器如何产生平顶光束

作者: 时间:2022-04-07

平顶光束的特点是具有均匀的聚焦强度分布,具有明确的形状和大小,并且边缘锋利。在这篇文章中,你将学习如何用你的激光束获得这样的照明曲线。


平顶光束的介绍

当提到包括激光束在内的光学系统时,平顶光束描述了激光束在沿光路穿过某种介质后的能量分布。平顶能量可以直接产生在工作面上,也可以产生在系统内的其他部件上。

一个典型的激光束,在离开激光源时,会有一个高斯分布,最大能量在中心,能量连续衰减,直到沿光束边缘没有能量。如果在聚焦平面上成像,它将显示为光束中心的一个非常明亮的点,离中心越远亮度越低,直到完全没有能量。将高斯光束的强度分布改变为平顶光束强度分布的媒介被称为激光束整形器,或者更具体地说,是平顶光束整形器。

与高斯光束不同,平顶光束能量分布具有明确的尺寸和形状,整个光斑的强度均匀,边缘锋利,光斑区域外没有能量,与高斯光束的连续衰减相反。当看平顶光束强度曲线时,它看起来有点像一顶帽子,因此它的名字叫做平顶光束。

1:高斯光束与平顶光束的对比

高斯光束到平顶光束的激光束整形

有几种技术可以将高斯光束整形成平顶光束,其中一些是为单模激光器设计的,而另一些则适用于多模激光器,后者有时被称为"光束均化器""扩散器"。选择错误的光束整形器可能会导致斑点状的图案或简单的低均匀性图案和高p-v值。对于高度相干的单模激光器来说,最常用的平顶光束整形器是衍射式光束整形器(激光束成型器),本条目将重点介绍。

衍射平顶光束整形器,也称为平顶式或分析式光束整形器,是一种类似于光学窗的部件,用于将已知光束直径的近高斯光束(的M^2<1.5)转化为高度均匀的聚焦光斑,具有明确的尺寸和形状,没有任何斑点。光斑形状可以是任何几何性质的,如圆形、方形、矩形、直线等。一个典型的包含顶帽式光束成形器的光学装置将包括一个紧随其后的聚焦透镜,然而,光束整形器和聚焦镜可以合为一体,从而创造一个不需要外部聚焦透镜的焦点光束成形器。


平顶激光束的应用

通过集成平顶光束整形器实现的均匀光斑可以实现平等的表面处理,防止区域曝光过度或不足。平顶光束的这一特性有许多有用的工业应用,主要是在微加工和其他材料加工应用中,这些应用需要特定的能量阈值,而且加工精度是至关重要的。广泛使用衍射平顶元件的一些应用包括。

激光切割。

激光钻孔,

激光划线。

激光消融

激光退火

以及更多的行业,如微电子和PCB制造、微型LED激光解除、电池生产等等。


在均匀处理的基础上,使用平顶激光束可以提高系统的产量,因为平顶激光束的输出可以设计成特定的所需工艺阈值,从而优化可用激光功率的使用。


平顶光束一些常见的问题

平顶光束指的是什么?

平顶光束是指激光束通过平顶光束整形器后的激光束能量强度分布。它的能量分布特点是一个均匀的聚焦点,具有明确的形状和大小,并且边缘锋利。


如何产生一个平顶光束?

光束成型器可以将高斯光束整形成平顶光束。有几种塑造光束的方法,应根据输入的光束参数和系统要求来选择最合适的解决方案。对于高度相干的单模光束,衍射式光束整形器是最常用的解决方案。


平顶光束的好处是什么?

一个平顶光束的特点是具有明确的聚焦光斑形状,边缘锋利,能量分布均匀。这些特点能对一个非常精确的预期治疗区域进行平等的照射。此外,平顶光束整形器可以按照特定的工艺阈值进行设计,因此能够优化能量的利用。

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