一种离轴反射自由曲面激光整形系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110865462A(43)申请公布日2020.03.06(21)申请号201911198552.7(22)申请日2019.11.29(71)申请人江南大学地址214000江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号(72)发明人苏宙平潘红响(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人彭素琴(51)Int.Cl.G02B27/09(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图5页(54)发明名称一种离轴反射自由曲面激光整形系统(57)摘要本发明公开了一种离轴反射自由曲面激光整形系统，属于激光束整形的技术领域。本发明所述的离轴反射整形系统设计首先对光束的截面轮廓按等能量划分为M×N个网格，目标面按等面积划分为M×N个网格，光源出射的所有采样光线到目标面满足等光程要求，根据输入输出之间的映射关系，建立自由曲面上相邻两个采样点之间的迭代关系；使用这种方法可以设计离轴多反激光整形系统，具有效率高，均匀性好，输出光束为准直光束，可以同时控制扩束率。CN110865462ACN110865462A权利要求书1/1页1.一种离轴反射自由曲面激光整形系统，其特征在于，包括两个自由曲面反射镜；其中，两个自由曲面反射镜之间是离轴关系，不能共轴。2.一种包含权利要求1所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的设计方法。3.根据权利要求2所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的设计方法，其特征在于，具体的设计过程包括：主要包括：(1)等能量网格划分激光光束和等面积划分照射目标面；(2)基于划分网格点和初始条件，应用能量映射关系和等光程原理构建自由曲面反射镜。4.根据权利要求3所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的设计方法，其特征在于，所述的基于划分网格点和初始条件，应用能量映射关系和等光程原理构建自由曲面反射镜具体步骤为：步骤(1)设置约束条件和初始条件：(a)输入光束和输出光束之间满足预定的能量映射关系；(b)入射光束截面到目标面上所有光线都满足光程相等的条件；步骤(2)基于这两个约束条件和初始条件，可以获得自由曲面上相邻采样点之间的迭代关系，从而计算整个自由曲面上所有采样点。5.包括权利要求1所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的激光加工装置。6.包括权利要求1所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的3D打印机。7.包括权利要求1所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的液晶面板退火装置。8.包括权利要求1所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的激光照明系统。9.包括权利要求1所述的离轴反射自由曲面激光整形系统的激光泵浦系统。10.包括权利要求9所述的激光泵浦系统的固态激光器或光纤激光器的泵浦源。2CN110865462A说明书1/7页一种离轴反射自由曲面激光整形系统技术领域[0001]本发明涉及一种离轴反射自由曲面激光整形系统，属于激光整形领域。背景技术[0002]当前，激光作为一种高亮度的光源，已经被广泛应用于激光加工、3D打印、液晶面板退火、激光照明等等。然而激光的光强分布一般呈高斯分布，对上述提到的使用场景具有重要的限制，因此对通过设计合理的整形系统，使激光的光强分布从高斯分布转化为均匀分布，具有非常重要的意义。[0003]常用的激光整形方法有液晶空间光调制器【采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形[J].光学学报,2001,21(9)：1107-1111.】、非球面透镜组【范增明,李卓,钱丽勋.非球面透镜组激光光束整形系统[J].红外与激光工程,2012,41(2):353-357.】、微透镜阵列【张巍,梁传样,李金,芮大为.用于激光数字投影显示系统的匀光整形元件设计[J].光学学报,2015(08):44-49.】、二元光学元件法【孟英利.用于激光光束整形的二元光学元件的设计[D].大连：大连理工大学，2009】、以及光学自由曲面【彭亚蒙,苏宙平.用于发散激光光束整形的自由曲面透镜设计[J].光学学报,2016,36(5):0522003.】等方法。这些整形的系统都是同轴的透射系统。液晶空间光调制器做整形系统，光效率比较低，使用微透镜阵列对激光整形容易产生干涉效应。用二元光学元件进行整形，效率也不高，而且无法承受高功率激光，非球面透镜是旋转对称结构，无法产生非旋转对称的光斑如矩形光斑。而且这些系统都是同轴透射系统，光路无法进行转折，没法形成紧凑的结构。使用离轴反射自由曲面系统可以是光路转折形成紧凑的结构，反射系统无色散对各种波长都适应，而且光效率比较高，这种系统可以控制输出光辐照度均匀度，可以控制输出光束为准直光束，可以控制输出光束的扩束率，这些对激光加工、3D打印、液晶面板退火、激光照明，泵浦固态激光或光纤激光具有非常重要的意义。[0004]现有的算法需要商用