光束整形的常见方法

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光束整形的常见方法

光束整形(Beam Shaping)是一种利用光束控制技术来改变光束的形状和特性的过程。随着激光技术的不断发展，激光的应用也越来越广泛，但是在半导体光刻、激光印刷、激光加工、光学信息处理等领域中，都对激光光束的均匀性有着一定的要求。然而激光器谐振腔输出的光束呈高斯分布，这一特性使其往往不能被直接使用，需要通过光束整形来提高均匀性，以满足应用的需求。目前激光光束整形方法主要包括光阑法、场映射法和多孔径光束聚焦法。

一、光阑法

光阑法(Aperture Method)是一种常见的光束整形技术，采用的是光阑来调整光束的形状和尺寸。在光学装置中，光阑是一个用于限制和调整光束的物理孔径或开口。通过控制光阑的形状和尺寸，可以调整光束的截面形状和尺寸，以实现特定的光学性能。举例来说，将光阑设定为圆形，就能获得一个圆形光束；若将光阑设定为矩形，则可以得到一个矩形光束。

在光阑法中，通常使用透镜或聚焦器将光束聚焦到光阑上，调整光阑的位置和大小来实现所需的光束形状和性能。光阑法可以用于激光微加工、光纤通信、光学传感等领域，是一种简单有效的光束整形方法。

二、场映射法

场映射法(Field Mapping Method)是一种常用的光束整形方法，它通过在光学系统的传输路径中使用特定的光学元件，如透镜阵列或光栅阵列，来调整光束的形状和分布。场映射法的基本原理是将输入光束的场分布映射到输出光束上，通过调整映射元件的参数，可以改变光束的横截面形状、尺寸和强度分布。

在场映射法中，常用的光学元件包括透镜阵列和光栅阵列。透镜阵列可以用来调整光束的焦距和聚焦结果，从而改变光束的聚焦性质。光栅阵列则可以用来分割光束和调整光束的相位分布，从而实现形状和分布的变换。

三、多孔径光束聚焦法

多孔径光束聚焦技术(Multi-aperture Beam Focusing Technique)由微型镜片阵列和聚焦组件构成，输入光线首先经过微型镜片阵列分割成多个子光束，然后通过聚焦透镜将这些子光束叠加输出，从而实现对光束的整形处理。这种技术适用于空间相干度较低的多模激光器，通常用于光刻、激光加工和准分子激光器的整形过程中。

微镜阵列材料易获取，结构紧凑、易于调整，能量损耗较低，在光束整形领域有很不错的应用。微镜阵列有很多种类，常见的有正交光楔阵列、复眼透镜阵列、微反射镜阵列、可变焦微透镜阵列等。微镜阵列的整形结果受到很多因素制约。其中阵列个数的影响重要，通常，双列微镜系统的光束整形能力是优于单列微镜系统的，这是因为第二列微镜会充当场镜阵列，使得入射光束经过光学系统后，其辐照光斑的边缘能量差异降低，进而提高均匀性。

在这三种光束整形技术中，光阑法作为经典光束整形方法，具有操作方便、原理简单等优势，但可能导致输入光束能量损失。相比之下，场映射器法经过精心设计，可以实现有效且无损的整形结果，特别适用于单模激光器。多孔径光束聚焦法中的微反射阵列（以DMD为代表）能够主动调节，具有良好的发展前景。这些方法广泛应用于激光加工、光通信、光刻、光学显微镜、光学测量和生物医学等领域，以满足各种应用需求。具体选择哪种方法取决于所需的光束整形结果、光源类型、工作波长以及实际应用环境。