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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑激光器光斑能量均匀化镜头设计 激光器光斑能量平匀化镜头设计 王建华 2022-4-7 1、 以厄米高斯光束为模型 由于入射光是采用的基模高斯光束，高斯光束的能量分布面密度为： ?2r2?E?E0exp?2? （1） ?0? ?0为束腰半径（或入射光斑尺寸），r为径向半径； 设光束输出能量为E，那么 0?2r2?2r2?E0?02?1?exp?2? （2） E?2?r?E0exp?2?dr?02?0?0?0r由高斯光束能量定义可知，当能量下降到中心的1e2时即认为这时的光斑半径为高斯光 2E0束的光束半径。所以 E0?。 2?2?0?1?e?在半径r内的能量为
2、： ?2r2?E0?E(r)In?1?exp?2? （） ?2?1?e?0?设输出光斑的半径为R，密度为?，那么能量为： E(R)Out?R2 设输出、输入光斑比为k，那么输出光斑的平匀密度为： E0 ? （） 22?k?0由能量守恒E(r)In?E(R)Out可得： ?E0R?2r?1?exp?2?0?212?1?2r2? （） ?k?0?1?exp?2?1?e?2?0?1/22、 光学设计 在这里采用几何光学以：光束平匀输出来举行整形，前组镜片来实现光束的坐标变化，后组实现光束的波前整形，其布局大致如下图： 由式可知，在确定其光斑的整形比及输入光斑的尺寸后，输出光斑的相应坐标便确定。 例如
3、入射高斯光斑为10mm，平匀整形比例为1：1，那么入射、出入对应的光斑径向坐标为： 入射 出射 1 1.5133 2 2.9819 3 4.3648 4 5.6277 5 6.7458 6 7.7044 7 8.4998 8 9.1376 9 9.6314 10 10 0 0.75665 1.491 2.1824 2.8139 3.3729 3.8522 4.2499 4.5688 4.8157 附1 Matlab非球面拟和程序 clc; clear; In_size_const=input(请输入入射光斑尺寸In_size=); k=input(请输入整形光斑比例k=); n=input(非
4、球面拟和介数n=); In_size=0:In_size_const/10:In_size_const; R=k.*In_size_const.*(1-exp(-2)(-1).*(1-exp(-2.*In_size.2/In_size_const2).0.5; % z为拟和方程系数 z=polyfit(In_size,R,n); In_size=0:In_size_const/1000:In_size_const; K1=length(In_size); K2=length(z); for i=1:K1 for j=1:K2 a(j)=z(j).*In_size(i).(K2-j); end
5、% R0为拟和数值 R0(i)=sum(a); %simulate_error为拟和误差 R(i)=k.*In_size_const.*(1-exp(-2)(-1).*(1-exp(-2.*In_size(i).2/In_size_const2).0.5; simulate_error(i)=R0(i)-R(i); end %Error_max 最大拟和误差 Error_max=max(abs(simulate_error); plot(In_size,R0,*); hold; % %画拟和曲线 % plot(In_size,R); legend(理论值点,拟和曲线); title(光栅光谱拟和曲线); xlabel(输入光斑 单位:mm); ylabel(输出光斑 单位:mm); 3
