改善光束能量分布的锥型装置 【技术领域】
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种改善光束能量分布的锥型装置。
背景技术
在许多激光技术应用方面，例如激光打孔、激光刻蚀等，都需要激光光束的空间能量分布尽量均匀。
现有技术中，美国专利4327972提出了一种改善激光光束强度空间分布的方法。该方法利用一个三段反射镜或透镜，在一个特定的空间平面上对激光强度进行重新分布以达到光束的均匀化。
但是，上述方法的严重缺陷在于激光光束的空间重新分布只能发生在一个特定的平面上，例如焦平面上。因而极大的限制了这一方法的实际使用。
【发明内容】
本发明要解决地技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种光束均匀化装置。激光光束经过这一装置，并经透镜准直后能够在光束传输的过程中都能够保持激光光束的能量均匀分布。
本发明的技术解决方案是提供了一种激光能量均匀分布装置，其是一个加工而成的圆锥形光束均匀器，所述的圆锥形光束均匀器内部镀激光全反射膜。
本发明提供的一种改善光束能量分布的锥型装置的基本技术是采用光束折叠法。一束准直激光光束经第一块凸透镜会聚后，通过圆锥形光束均匀器的顶端开口，入射到圆锥形光束均匀器内。在一般情况下，入射光的会聚角度是圆锥角度的二倍，也可以是n倍。由于圆锥的角度是小于入射光束的角度，所以当激光入射到圆锥内后，激光束在圆锥内壁上产生反射，即产生光束折叠，一次或多次相互折叠的结果可使原本激光光束中的能量分布不均匀的状况得到极大的改善，同时也使得激光束的尖峰噪声得到平滑。
本发明结构简单，使用方便，通过在本发明提供的一种改善光束能量分布的锥型装置两端安置会聚透镜，当光束通过透镜进入圆锥内，光束的能量分布可得到均匀化，从另一个透镜射出后，就可以获得在光束传输的任意截面都均匀分布的激光光束。
下面，结合附图和实施例详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。
【附图说明】
图1为当入射光束为高斯型，光束折叠点xf等于0.55σ时，光束分布均匀化的计算结果。
图2为本发明提供的装置的光路示意图。
图3为本发明提供的圆锥型光束均匀器结构示意图。
【具体实施方式】
如附图1-3所示，本发明实施例提供的一种改善光束能量分布的锥型装置为一种圆锥型光束均匀装置，该装置可由硬铝加工而成，呈圆锥筒状1，所述的圆锥筒状1内部圆锥表面镀反射膜。所述的圆锥筒状1内部锥角全角σ/2为10度，所述的圆锥筒状1高度h为20mm，圆锥体底部激光出口处直径d为3.5mm，圆锥体锥顶激光入口处直径为1mm。
如附图2所示，本发明实施例提供的一种圆锥筒状1沿光轴方向前后各放置有凸透镜2和3，所述的凸透镜2和3直径都为20mm，凸透镜2的焦距为20mm，凸透镜2位于距圆锥尖顶处20mm。凸透镜3的焦距为25mm，凸透镜3位于距圆锥开口处5mm。当口径为7mm的分布不均匀的激光准直光束13、12、11、12’、13’经透镜2会聚后，在圆锥尖顶处的入射角度σ为20度。当光束通过圆锥筒状1后，并经凸透镜3后成准直平行能量均匀光束12’、13’、11、12、13出射。
如附图1所示，本发明提供的一种改善光束能量分布的锥型装置的基本原理是采用光束折叠法。一束准直激光光束经第一块凸透镜会聚后，通过圆锥形光束均匀器的顶端开口，入射到圆锥形光束均匀器内。在一般情况下，入射光的会聚角度如本发明实施例是圆锥角度的二倍，也可以是n倍。由于圆锥的角度是小于入射光束的角度，所以当激光入射到圆锥内后，激光束在圆锥内壁上产生反射，即产生光束折叠，一次或多次相互折叠的结果可使原本激光光束中的能量分布不均匀的状况得到极大的改善，同时也使得激光束的尖峰噪声得到平滑。从圆锥出射的已均匀化的激光束经第二块透镜后出射。由于第二块透镜的焦点位于圆锥的顶点，所以从第二块透镜出射的激光束为准直光束。
为进一步说明光束折叠法能够改善光束质量。设入射激光为具有高斯型分布。当光束进入到圆锥后，由于圆锥的角度小于入射光束的角度，光束边缘部分会打到圆锥内壁上反射，也就是光束边缘部分会向中间折叠。在一维情况下计算高斯光束通过圆锥后的能量分布为一次折叠：
y(x,xf)=exp(-2x2σ2)+exp(-2(2xf-x)2σ2)+exp(-2(2xf+x)2σ2)]]>
=a(x)+b(x,xf)+c(x,xf)]]>
(-xf≤x≤xf)
其中，a(x)为入射光束，b(x，xf)和c(x，xf)是进入圆锥后被圆锥壁反射折叠的二条光线，xf是光束折叠位置。Y是在圆锥内三条光线的叠加结果。表明光束的均匀性获得很大的改善。