阅读说明：本技术 激光光束自动整形装置 (Automatic shaping device for laser beam ) 是由 丁海波 孙畅 郭一君 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了激光光束自动整形装置,该装置由光束调制模块和自动控制模块组成,所述光束调制模块包括空间光调制器(1)、第一凸透镜(2)、分束器(3)和第二凸透镜(4),所述自动控制模块包括空间光调制器(1)、光束质量分析仪(5)和计算机(6),所述计算机(6)与空间光调制器(1)、光束质量分析仪(5)通过电缆连接形成闭环反馈系统。本发明以空间光调制器实施激光光束的波前整形,实现任意目标光斑的整形效果；通过引入光束质量分析仪形成闭环反馈系统,提高激光光束的整形质量,降低人工操作的难度与工作量。(The invention discloses an automatic laser beam shaping device which comprises a beam modulation module and an automatic control module, wherein the beam modulation module comprises a spatial light modulator (1), a first convex lens (2), a beam splitter (3) and a second convex lens (4), the automatic control module comprises the spatial light modulator (1), a beam quality analyzer (5) and a computer (6), and the computer (6) is connected with the spatial light modulator (1) and the beam quality analyzer (5) through cables to form a closed-loop feedback system. The invention uses the spatial light modulator to implement the wave front shaping of the laser beam, and realizes the shaping effect of any target light spot; a closed-loop feedback system is formed by introducing a beam quality analyzer, so that the shaping quality of the laser beam is improved, and the difficulty and the workload of manual operation are reduced.)

激光光束自动整形装置

技术领域

本发明涉及激光器应用领域，特别涉及激光光束自动整形装置。

背景技术

随着激光器的飞速发展，各类型激光器已经广泛应用于显微成像、光学测量和微纳加工领域。而为了保证成像与加工的质量，激光光束整形成为该领域的核心技术。

针对这一关键问题，逐渐发展出基于狭缝、可变光阑、微透镜阵列、可变形镜、空间光调制器等器件的光束整形方案。其中硅基液晶型空间光调制器以傅里叶光学理论为基础，能够主动调节入射激光实施相位调制，从而实现高精度、全范围的光束整形，广泛适用于全息成像、显微系统中的相差修正以及多光束并行激光加工。然而，该方案在实际实施过程中缺乏标准的监测手段评价光束整形效果，目前主要依赖系统搭建前的人工观测和判断，造成普通操作者难以掌握，整形质量不统一的困境。在系统运行过程中，一旦入射激光状态发生变化，无法实时发现并迅速校正。

因此，需要一种有效的解决途径解决光束整形中的自动化控制难点，为普通用户提供智能化操作方案，增强系统自动化程度，提高光束整形效果。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供便于操作、自动化程度高的激光光束自动整形装置。

技术方案：本发明提供激光光束自动整形装置，包括光束调制模块和自动控制模块组成，所述光束调制模块包括空间光调制器、第一凸透镜、分束器和第二凸透镜，所述自动控制模块包括空间光调制器、光束质量分析仪和计算机，所述计算机与空间光调制器、光束质量分析仪通过电缆连接形成闭环反馈系统。

进一步地，所述空间光调制器固定于原位旋转台，其镜面摆放方向与入射激光的偏振方向一致。所述第一凸透镜与第二凸透镜构建成用于调节出射激光光束大小的标准4f系统，出射激光与入射激光的光斑直径比例为f₂/f₁。所述分束器选用非偏振平板分束镜或非偏振分束立方，其与第一凸透镜的距离小于第一凸透镜的焦距f₁。所述光束质量分析仪的摆放位置与第一凸透镜的光程等于第一凸透镜的焦距f₁。

空间光调制器通过加载全息相位图对入射激光进行调制，光束质量分析仪对调制后的出射激光实时监控，根据目标光束与出射光束的比对结果调整空间光调制器的加载图案。

有益效果：本发明与现有技术相比，增加了光束质量分析仪提供实时监控，并形成闭环反馈系统，具有如下优势：

1、提高了光束整形装置的自动化程度，降低了操作者的使用难度，去除手动操作也避免了可能的激光安全事故。

2、通过统一的机器判断代替人工判断，不仅适用于任意光斑图案的入射激光，还提高了光束整形后出射激光的质量。

3、以空间光调制器实施激光光束的波前整形，实现任意目标光斑的整形效果。

附图说明

图1为装置的结构示意图；

图2为装置的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的激光光束自动整形装置由光束调制模块和自动控制模块组成。光束调制模块包括空间光调制器1、第一凸透镜2、分束器3和第二凸透镜4，自动控制模块包括空间光调制器1、光束质量分析仪5和计算机6。

本实施例中，空间光调制器1固定于原位旋转台，使得其镜面摆放方向与入射激光的偏振方向一致。

本实施例中，第一凸透镜与第二凸透镜构建成用于调节出射激光光束大小的标准4f系统，出射激光与入射激光的光斑直径比例为f2/f1。

本实施例中，分束器2选用非偏振平板分束镜或非偏振分束立方，分光比小于10∶90(反射∶透射)，其与第一凸透镜的距离小于第一凸透镜的焦距f1。

本实施例中，光束质量分析仪5的摆放位置与第一凸透镜的光程等于第一凸透镜的焦距f1。

本实施例中，计算机6与空间光调制器1、光束质量分析仪5通过电缆连接形成闭环反馈系统，所提供的控制程序能够实时获取光束质量分析仪的测量数据，计算适宜的全息相位图并自动加载到空间光调制器，直至测量数据与目标光束的一致率达到预设阈值以上。

如图2所示，本实施例中激光光束自动整形装置的具体工作流程包括：

1)调整并固定空间光调制器1的安装角度，使其与入射激光偏振方向一致；

2)从计算机6的控制程序端口输入目标光束图案，可以是图片格式或方程描述，并设置比对结果的阈值，推荐值为99％；

3)启动运行程序后，计算机6自动计算全息相位图并加载至空间光调制器1；

4)光束质量分析仪5将检测结果传输回计算机6，控制程序比对其与目标团的比对结果；

5)如果比对结果高于预设阈值，控制程序保持加载图案至运行结束；如果比对结果低于预设阈值，控制程序返回步骤3，重新计算并加载全息图，直至比对结果超过阈值。

实施例1

本实施例面向激光全息成像。入射激光为经过扩束处理的连续激光，波长为532纳米。根据成像大小的需要，第一凸透镜2和第二凸透镜4分别选用焦距为250毫米、500毫米，分束器3选择分光比为50∶50的平板分束镜，最终可在第二凸透镜4的像平面呈现目标图案。

实施例2

本实施例面向显微成像的波前整形。入射激光为经过扩束处理的飞秒激光，波长为488纳米。由于出射激光需要进一步耦合至聚焦物镜，第一凸透镜2和第二凸透镜4分别选用焦距为500毫米、400毫米，分束器3选择分光比为10∶90的分束立方，最终可在第二凸透镜4的焦点处调节焦点的长径比，降低观测深度增加后的像差影响。

实施例3

本实施例面向飞秒激光并行加工。入射激光为经过扩束处理的飞秒激光，波长为800纳米。由于出射激光需要进一步耦合至聚焦物镜，第一凸透镜2和第二凸透镜4分别选用焦距为500毫米、400毫米，分束器选择分光比为10∶90的分束立方，最终可在后续聚焦物镜的焦平面形成均匀的多焦点阵列。