光束整形器的分类
光束整形基本原理
光束整形基本原理
光束整形技术广泛地被用于照明、军事、医疗、农业、工业等领域，是实现光束可操
控性的重要手段。
光束整形的基本原理是通过特定的镜头系统，把光束通过这样一种方式
传播从而使光束延时的的全部或者部分的特征遵从一定的函数或者几何模式。
光束整形系统分为两个部分：设计光束(Design Beam)和被整形的光束(Input Beam)。
设计光束就是要被存储在一个可编程表中的光束，我们希望输出的光束完全服从这一种模式。
被输入的光束应具有和设计光束一样的波长和空间方向，这是对光束整形的有效性
的前提。
把光束从光学元件中分离出来后，他们会通过光学元件来改变他们的方向、倍率和波长。
除此之外，还需要在光学元件内部使用可编程的镜头来改变光束的整形结果，实现从
一个可编程表中读取信息并把它们映射到实际光学元件中。
把可编程表放入光学元件中会对入射光束输入改变，输出光束也会按照模式改变，从
而实现光束整形。
在这里，可编程傅立叶表会把设计光束投射到实际环境中，并用镜头系
统来把实际环境中的变化转换为光学元件内部的变化。
最终，输入光束会经过编程表和光学元件改变特征，满足设计的条件，实现光束整形。
这样一套强大的光束整形系统可以应用在丰富的应用场景中，从而使光束能使用更应用灵活、更为复杂的操作，有助于实现更加迅速、更为准确的目标。
光学像差实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过光学像差实验，加深对光学像差的理解，掌握光学像差的基本原理和分类，并学会使用光学仪器测量和评估光学系统的像差。
二、实验原理光学像差是光学系统中存在的缺陷，会导致成像质量下降。
根据像差与颜色是否有关、像差是轴上点产生的还是轴外点产生的，可以将像差分为多种类型，如球差、慧差、像散、场曲、畸变等。
三、实验仪器与材料1. 光学系统：包括透镜、反射镜、光阑、光束整形器等；2. 光源：激光器；3. 探测器：光电探测器；4. 仪器：成像系统、光束整形器、光路控制器等。
四、实验内容1. 实验一：测量球差（1）搭建实验光路，将光源、透镜、光阑、探测器等按顺序连接；（2）调整光路，使光线通过透镜后聚焦到探测器上；（3）改变物距，记录不同物距下探测器的信号强度；（4）分析信号强度与物距的关系，得出球差值。
2. 实验二：测量慧差（1）搭建实验光路，将光源、透镜、光阑、探测器等按顺序连接；（2）调整光路，使光线通过透镜后聚焦到探测器上；（3）改变光轴倾斜角度，记录不同倾斜角度下探测器的信号强度；（4）分析信号强度与倾斜角度的关系，得出慧差值。
3. 实验三：测量像散（1）搭建实验光路，将光源、透镜、光阑、探测器等按顺序连接；（2）调整光路，使光线通过透镜后聚焦到探测器上；（3）改变光轴倾斜角度，记录不同倾斜角度下探测器的信号强度；（4）分析信号强度与倾斜角度的关系，得出像散值。
4. 实验四：测量场曲（1）搭建实验光路，将光源、透镜、光阑、探测器等按顺序连接；（2）调整光路，使光线通过透镜后聚焦到探测器上；（3）改变物距，记录不同物距下探测器的信号强度；（4）分析信号强度与物距的关系，得出场曲值。
5. 实验五：测量畸变（1）搭建实验光路，将光源、透镜、光阑、探测器等按顺序连接；（2）调整光路，使光线通过透镜后聚焦到探测器上；（3）改变物距，记录不同物距下探测器的信号强度；（4）分析信号强度与物距的关系，得出畸变值。
激光设备的组成
激光设备的组成激光设备是一种利用激光技术产生、放大、调制和控制激光的设备。
它广泛应用于工业、医疗、科研等领域。
激光设备的组成主要包括激光器、光学系统、电源系统和控制系统等。
一、激光器激光器是激光设备的核心部件，用于产生和放大激光光束。
激光器一般由激光介质、泵浦源和谐振腔等部分组成。
激光介质有固体、液体和气体等多种类型，不同类型的激光介质决定了激光器的输出波长和功率特性。
泵浦源则用于提供能量，激发激光介质中的原子或分子跃迁，使其产生受激辐射。
谐振腔用于增强激光的光程，使光线在腔内来回反射，形成激光共振。
二、光学系统光学系统是激光设备中负责操控和控制激光光束的部分。
光学系统主要包括激光束整形器、激光束传输系统、激光束聚焦系统和光学器件等。
激光束整形器用于调整激光光束的形状和大小，使其适应不同的应用场景。
激光束传输系统用于将激光光束从激光器传输到目标位置，通常采用光纤或光束导管等方式。
激光束聚焦系统用于将激光光束聚焦到目标上，以实现切割、焊接、打标等操作。
光学器件如光学透镜、光学棱镜等则用于调整激光光束的传播方向和光路。
三、电源系统电源系统为激光设备提供所需的电能。
激光器通常需要较高的电压和电流来驱动，因此电源系统必须具备稳定可靠的特点。
电源系统一般由直流电源、交流电源和脉冲电源等组成，根据不同的激光器类型和工作要求选择合适的电源。
四、控制系统控制系统用于对激光设备进行操作和控制。
控制系统一般包括硬件控制和软件控制两部分。
硬件控制主要由传感器、执行器和电路板等组成，用于监测和控制激光设备的各个参数和功能。
软件控制则通过计算机或控制器等设备进行，可以实现对激光设备的远程监控和操作，提高设备的自动化程度和工作效率。
激光设备的组成主要包括激光器、光学系统、电源系统和控制系统等部分。
这些部分相互协作，共同实现激光的产生、放大、调制和控制，为激光设备的正常运行和应用提供了基础。
随着科技的不断发展，激光设备的组成也在不断创新和完善，以满足不同领域对激光技术的需求。
激光切割工艺流程中的光束模式调整策略
激光切割工艺流程中的光束模式调整策略激光切割是一种常用的金属加工技术，它通过高能激光束对材料进行加工和切割。
光束模式是影响激光切割质量和效率的关键因素之一。
本文将分析激光切割工艺流程中光束模式的调整策略，并探讨其在不同材料切割中的应用。
一、光束模式的概念和分类光束模式是描述激光光束质量的一个重要参数，通常用光斑形状和功率分布来表示。
根据Gaussian光束理论，主要有TEM00、TEM01、TEM10等模式。
其中TEM00模式为基础模式，表现出高质量的光束特性，包括较小的光束直径和高光束质量因子。
二、光束模式对激光切割的影响1. 焦斑大小和形状：TEM00模式下的光束具有较小的焦斑大小和较好的聚焦能力，能够实现更细小的切割线宽度和更高的切割质量。
2. 热效应：不同的光束模式对切割材料的热效应存在差异。
TEM00模式下的光束由于能量集中在中心部分，其能量密度更高，可以实现更高的切割速度和更少的热影响区域。
3. 切割速度：光束模式直接影响着切割速度。
TEM00模式下的光束经过适当调整，可以提高切割速度和效率，降低生产成本。
三、光束模式调整策略1. 光学系统优化：通过优化光学元件的选择和调整，可以实现光束模式的调整。
例如，采用适当的凹透镜对光束进行扩束，进而改变光束模式。
2. 激光器参数调整：调整激光器的参数，如激光器电流和频率，可以通过改变激光输出模式，实现对光束模式的调整。
3. 光束整形器使用：利用光束整形器对激光进行整形，可以改变光束的形状和功率分布，从而达到对光束模式的调整。
四、光束模式调整策略在不同材料切割中的应用1. 金属材料切割：对于金属材料切割，采用TEM00模式下的光束能够实现较高的切割速度和质量。
通过光束整形器的使用，可以进一步优化光束模式以适应不同金属材料的切割需求。
2. 光纤切割：光纤切割对光束模式要求较高，需采用TEM00模式，并通过光束整形器进行优化，以获得精确的切割效果。
照明系统中的消相干光束整形设计方法
图1 高斯光束整形为均匀光束图2 微透镜阵列匀光原理当前主流的匀光方案是采用微透镜阵列进行匀光，其匀光的基本原理是：将一个完整的激光波前在空间上分成许多微小的部分，每一部分被相应的小透镜聚焦在焦平面上，光斑进行重叠，从而实现在特定区域将光匀化，对激光束精确整形。
如图2其对于非相干光源，可以达到很好的匀光效果，但是对于强相干光源，其干涉效应会非常明图3 强相干光源下的干涉、衍射效应采用传统的微透镜阵列匀光方案，在匀光过程中干涉严重影响光束的均匀性，所以在光学系统中需要消除干涉。
上海市发展和改革委员会（XA4300089-2017-604）先进封装光刻机产业化课题。
徐建旭，上海微电子装备（集团）有限公司，研究方向：光束整形。
1.2 消相干分析针对干涉产生的不同原因，可以采用不同的方法消相干。
常用的方法有三种：1）方法一、光学系统中不引入产生干涉的因素，如非球面匀光整形，如图5[1]。
此种方法适合光束质量较好（ M2约为1）的情况下，匀光质量好，缺点是实际输入必须与设计输入严格匹配才能得到较好的匀光效果。
（2）方法二、采用快速旋转散射片，改变时间分布，实现消干涉。
如图6[2]。
因旋转散射片的速度限制，此方法不适用于脉冲持续时间较短的超短脉冲光源。
3）方法三、采用光程差大于相干长度消干涉。
如图7[2]，图8原理是：能够产生干涉现象的最大光程差称为相干长度，当光程差大于相干长度时，在同一个区域，不同级次的明暗条纹互相叠加，从而分辨不出条纹，也就没有干涉现象了。
2 相干长度测试光束的时间相干性，通常是用相干长度来描述的。
相干长度在实验上，可以通过迈克尔逊干涉仪来测量。
干涉条纹的可见度可定义为式（1），相干长度是干涉条纹的可见度减为0.707时对应的光程差，一般认为条纹可见度下降到0.707时，两光束就不再相干，若条纹可见度维持在0.707以上，即认为两光束完全相干[3]。
两束光的相干区域随着光程差的改变而周期性出现，相干长度也随着光程差的改变呈周期。
光束整形方式的原理和应用
光束整形方式的原理和应用光束整形是一种通过特定的光学元件来调整光束的形状和分布的技术。
其原理通常基于反射、折射、散射、吸收等光学效应。
光束整形的原理主要基于以下几种方法：1. 透镜：透镜可以通过改变光束的聚焦、散焦和分布属性来实现光束整形。
常见的包括凸透镜和凹透镜，它们可以改变入射光束的弯曲程度和分布。
2. 棱镜：棱镜的作用是改变光束的方向和折射角度，从而实现光束整形。
通过选择合适的棱镜形状和折射率，可以实现光束的偏转、分离和聚焦。
3. 光栅：光栅是一种具有周期性结构的光学元件，通过改变光栅的周期和方向，可以对光束进行周期性调制和分布控制。
光栅可以用于光束分光、光束合束和光束整形等应用。
4. 光波导：光波导是一种通过改变光的传播路径和介质分布来实现光束整形的元件。
常见的光波导包括光纤和波导板，它们可以通过调整光的导模器式和波导结构来实现光束的整形和分布控制。
光束整形在许多应用领域中都有广泛的应用，其中包括但不限于：1. 激光加工：光束整形可以用于调整激光束的形状和分布，从而实现对材料的精确加工和切割。
例如，通过光束整形可以将激光束聚焦成小的点状光斑，用于微细加工和雕刻。
2. 光通信：光束整形可以用于优化光纤通信系统中的光束耦合和传输特性，从而提高通信质量和效率。
通过光束整形可以减小光纤之间的耦合损耗和信号失真。
3. 显示技术：光束整形可以用于调整和控制显示器中的光源，从而实现图像的均匀亮度和分辨率。
例如，在投影仪中使用光束整形可以实现对光源的聚焦和对光线的分布控制。
4. 生命科学：光束整形可以用于生物医学成像和激发荧光等应用。
通过调整光源的形状和分布，可以实现对生物样品的精确照射和成像。
总之，光束整形是一种通过调整光束的形状和分布来实现光学控制的技术，具有广泛的应用前景。
衍射光学元件示意图,衍射元件应用原理图
衍射光学元件示意图经过多年发展，海纳光学已经成为国内极具权威的衍射光学元件供应商。
衍射光学元件主要分为光束整形器、分束器、多焦点DOE、长焦深DOE、衍射锥镜、螺旋相位片、匀化片和其它图案的衍射元件DOE。
这里我们挑选较常用的整形镜、分束器、多焦点DOE，专门给出了这些衍射光学元件的示意图，衍射元件应用原理图，让用户能够对衍射元件的使用、安装位置和衍射过程一目了然。
一、光束整形器，整形镜，Beam Shaper, Top hat beam shaper平顶光束整形器的作用是把高斯光束转换为平顶光束，即高斯整平顶。
平顶光斑具有效率高、光斑小、能量均匀性好等特点，顶部能量绝对均匀，边缘陡峭，无高级次衍射，也称为平顶帽式光斑。
光束整形器又称为整形镜，高斯整平顶DOE，平顶光整形器，平顶帽式整形镜，平顶光DOE，是最具代表性的衍射光学元件之一。
下面图片可以清晰地看到整形镜获得平顶光斑的过程，整形镜得到的平顶光斑的尺寸为衍射极限的1.5倍~几百倍，要求入射的高斯光束为TEM00的单模光。
一般整形镜的衍射效率>93%，均匀性>95% (多台阶整形镜)，对安装精度要求较高。
整形镜不仅可以把入射光整形成圆形、正方形，还可以整形成直线、长方形、六边形等其它用户需要的形状。
下图是把高斯光整形成直线光斑的示意图，这里我们用到一个模组而不是单独的镜片，这个模组成为Leanline，其克服了整形镜的工作距离限制，能够在一定工作距离范围内保持光束整形的效果。
二、匀化器、匀化镜、均匀光斑DOE、扩散片，Homogenizer, Diffuser激光匀化器的作用是把入射激光转换成能量均匀分布的光斑，这里的光斑尺寸一般较大，形状可以为圆形、正方形、线性、六边形和其它任意用户想要定制的形状。
入射激光可以为单模或多模，衍射效率70%~90%不等。
下图清晰地给出了匀化器的匀化过程，一般的结构是激光通过匀化器和聚焦系统后即可匀化，但这里还配合了一个激光扩束缩束镜，通过调节这个扩束缩束镜就可以直接调节输出光斑的大小。
光束整形方式的原理和应用
光束整形方式的原理和应用1. 引言光束整形是一种常用的光学技术，主要用于控制光束的形状、尺寸和分布。
本文将介绍光束整形的原理和在不同领域中的应用。
2. 光束整形的原理光束整形主要通过光学器件来改变光束的传播特性。
以下是几种常用的光束整形方式：•透镜整形：透镜是用于集束和发散光束的常见光学器件。
凸透镜可用于集束光束，使其变得更加聚焦和密集。
凹透镜则可用于发散光束，使其变得更加散开和扩散。
•掩膜整形：掩膜是一种具有特定孔径和形状的光学器件。
通过选择不同形状和大小的孔径，可以控制光束的形状和尺寸。
•光栅整形：光栅是一种光学器件，具有具有一系列平行的条纹或孔径的结构。
光栅通过衍射和干涉的原理，可以对光束的相位和振幅进行调整，从而改变光束的形状和分布。
3. 光束整形的应用光束整形在许多领域中都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：3.1 激光加工光束整形在激光加工中起着关键作用。
通过调整光束的形状和分布，可以实现对材料的精确加工和切割。
例如，使用透镜整形可以将光束聚焦到非常小的区域，提高加工的精度和效率。
3.2 光通信光束整形在光通信中也扮演着重要角色。
通过控制光束的形状和分布，可以优化光信号的传输和接收效果。
例如，使用掩膜整形可以调整光束的角度和方向，减少光信号的衰减和失真。
3.3 医学影像在医学影像领域，光束整形可以用于改善医学图像的质量和清晰度。
通过调整光束的聚焦和散射特性，可以获得更准确的医学影像结果。
特别是在激光扫描显微镜和光学相干断层扫描成像等高分辨率成像技术中，光束整形起着至关重要的作用。
3.4 激光打印光束整形也被广泛应用于激光打印技术中。
通过控制光束的形状和强度分布，可以实现对打印质量和速度的优化。
例如，使用光栅整形可以调整激光束的相位和振幅，从而实现高分辨率的激光打印效果。
4. 结论光束整形是一种重要的光学技术，它可以改变光束的形状、尺寸和分布。
在激光加工、光通信、医学影像和激光打印等领域中，光束整形都发挥着关键作用。
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光束整形器的分类
光束整形器又称为激光整形器，是衍射光学元件（DOE）中的最常用的透镜。
光束整形器的作用是把激光光束转化为一个能量均匀分布的平顶光斑，光斑形状可以是正方形、圆形或其它形状。
评价光束整形器好坏的标准是光斑能量分布是否均匀、边沿是否锐利、效率是否足够高。
光束整形器（Beam Shaper/Top-Hat）——平顶光斑
1.平顶光束整形器（Top hat）
1）带聚焦镜的光束整形器(Focal Beam Shaper)；2）平顶光束整形元件(Angular Beam Shaper)
2.M-Shape光束整形器，M形光束整形透镜(Beam Shaper_M Shape)，维尔克斯光电技术支
持
3.圆环激光发生器，圆环光束整形器，激光圆环衍射光学元件(Ring generator,
Multi-Circles)
4.螺旋相位板，涡旋透镜，激光轴棱镜，漩涡镜头，涡旋相位板(Diffractive Axicon,
Vortex Lens)
5.激光扩散器（使激光均匀地扩散成一个平面），均匀片，激光匀束元件，匀化光束整形
器(Homogenizers,Diffusers)维尔克斯光电选型支持
光束整形器——激光分束（Beam Splitters）
1.激光分束器（Beam Splitter）
1）一维激光分束镜，一维激光光束分束元件（1D Beam Splitter）
2）二维激光分束器，激光二维分束透镜（2D Beam Splitter）
2.客制化激光光束分束器，随机点阵激光分束镜，定制图形激光分束器（Custom Beam Splitter）
3．激光光栅，衍射光栅（Gratings）
4.激光采样器，激光采样镜，激光分光元件，激光取样器（Beam Samplers）
光束整形器——焦点控制（Beam Foci）
1.激光多焦点透镜，轴向多焦点激光元件，多焦点光束整形器（Multifocal Lenses）维
尔克斯光电支持定制
2.长焦深激光透镜，长焦深激光衍射光学元件（Elongated Focus,Extended Focus）
3.双波长激光透镜，双波长激光聚焦镜，双波长衍射光学元件(DOE)，多波长激光镜（Dual Wavelength Lens）
光束整形器——配件（DOE Accessories）
1.高阶激光阻挡模组(Module for blocking unwanted spots\energy)
2.激光缩放器，激光调谐器(DOE Tuner)
3.激光电介质掩膜(Dielectric(Projection/Imaging)Mask)
4.激光聚焦模组(Focusing Module optimized for Beam Shaper)
Holo/Or聚焦模组和非球面镜、普通聚焦模组的效果比较5．DOE衍射光学元件扩束器(DOE Expander)。