2013 年 9 月 5 日 深圳

Research Center of Laser Fusion CAEPResearch Center of Laser Fusion CAEP 2013年 9 月 5 日 深圳

激光束的无损变换Lossless Transformation of Laser Beam

隋 展

中国工程物理研究院 激光聚变研究中心

Research Center of Laser Fusion CAEPResearch Center of Laser Fusion CAEP

目录

1.背景

2.高斯光束的变换

3.环形光束的变换

4.任意光束的变换

5.小结

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目录

1.背景

2.高斯光束的变换

3.环形光束的变换

4.任意光束的变换

5.小结

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背景

利用激光束进行工业加工需要各种特定的激光束强度分布轮廓

现有的工业加工用激光器大都只能产生少数特定的束强度分布轮廓

将激光器输出的特定激光束无损地变换成加工所需要的特定束强度分布轮廓对于激光与目标相互作用有重要的实用价值

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背景

高斯光束

平顶光束

环形光束

矩形光束

高斯光束

平顶光束

环形光束

矩形光束

圆形光束 圆形光束

激

光

束

作

用

束

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目录

1.背景

2.高斯光束的变换

3.环形光束的变换

4.任意光束的变换

5.小结

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高斯光束→平顶光束 高斯激光束通过由两个非球面透镜组成的径向变放大率望远镜可实现无损变换到平顶超高斯光束。反之亦然

Design and performance of a refractive optical system that converts a Gaussian to a flattop beam ，5488 APPLIED OPTICS Vol. 39 ， No. 30 ， 2000

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目录

1.背景

2.高斯光束的变换

3.环形光束的变换

4.任意光束的变换

5.小结

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环形光束→平顶光束

环形激光束通过由两个轴锥镜组成的光学变换器可实现无损变换到圆形平顶光束。

反之亦然

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环形光束→高斯光束

环形激光束通过由轴锥镜组和径向变放大率望远镜组成的级联光学变换器可实现无损变换到高斯光束。反之亦然

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目录

1.背景

2.高斯光束的变换

3.环形光束的变换

4.任意光束的变换

5.小结

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任意光束→任意光束

由两个间隔一定距离的特殊设计的连续相位板（ Continue phase plate ）构成的光学变换器，可以将任意形状激光束无损变换得到另一任意形状的光束

反之亦然 矩形光束到圆形光束的变换可以看作任意光束变换的特例

L

P1 P2

φinΦ1

φoutΦ2

Ain Aout

[Ain,in]+[1]距离 L 传输变换

[Aout,]+[2] [Aout,out]

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连续相位板变换光束

GS 算法 遗传算法 模拟退火算法

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例子

X / m

Y /

m

PV=6.66waves GRMS=1.79waves/cm

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

-2

-1

0

1

2

3

传 输

CPP

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目录

1.背景

2.高斯光束的变换

3.环形光束的变换

4.任意光束的变换

5.小结

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小结

利用径向变放大率望远镜可以实现高斯光束与平顶光束之间的无损变换

利用轴锥镜对可以实现环形光束与平顶光束之间的无损变换

利用径向变放大率望远镜和轴锥镜对的组合可以实现高斯光束与环形光束之间的无损变换

利用特殊的相位板对可以实现圆形光束与矩形光束之间的无损变换

利用上述几种手段的组合可以实现大多数常见光束之间的无损变换

利用相位板对可以实现任意光束的无损变换

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谢 谢！