[发明专利]一种优化准分子激光微透镜阵列均束装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化准分子激光微透镜阵列均束装置的方法，特别涉及一种利用实测入射准分子激光光能量分布特征分别优化微透镜阵列中微透镜单元的光学参数以提升装置整体均束效果的方法，属于激光外光路系统的设计及其应用领域。

背景技术

准分子激光为峰值功率高、能量大的脉冲激光，同时具备波长在紫外波段的特殊性，目前已经被广泛应用于科研、医疗和工业等诸多领域。由于准分子激光器的工作原理所限，通常情况下其激光束的光斑形状并不规则且能量分布较为复杂。而对于大部分激光加工或科学研究中，要求辐射光束光斑能量分布尽可能均匀。

为了使激光光束辐照的区域光斑能量均匀化(简称均束)，国内外学者发明设计了多种光学系统。其中，微透镜阵列均束装置是适用于准分子激光均束的经典光学系统。目前，国内外学者对于微透镜阵列均束装置有较为系统的研究，如Harder I等研究了微透镜阵列均束装置的适用光源(Harder I,Lano M,Lindlein N.Homogenization and beam shaping withmicrolens arrays[J].Proceedings of SPIE，2004，5456：99-107)；Zimmermann M等对其结构理论的和应用做了较为详细的讨论(Zimmermann M,Lindlein N,Voeikel R,et al.Microlens laser beam homogenizer:from theory to application[J].Proceedings of SPIE，2007，6663(1)：1-13)；杜国军等研究了应用于准分子激光的微透镜阵列均束装置(杜国军，陈涛，左铁钏.应用于准分子激光的透镜阵列均束器[J].光电子·激光，2005，6(3)：279-281)，等等。

然而，目前的大多数研究工作所涉及的都是微透镜阵列均束装置的原理分析以及理论光路设计，对于其均束效果的优化方法，相关研究还较少。本发明提供一种新的方法来优化准分子激光微透镜阵列均束装置，使其达到理想的均束效果。另外，不同的准分子激光器其光斑的能量分布也存在差异，本发明利用实测准分子激光的空间能量分布特征作为优化依据，使微透镜阵列均束装置的光学设计更具备针对性和实用价值。

发明内容

为了使准分子激光微透镜阵列均束装置取得更好的均束效果，本发明公开了一种优化准分子激光微透镜阵列均束装置的方法。

所述的准分子激光微透镜阵列均束装置是适用于准分子激光均束的经典光学系统，一般包括第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、傅立叶球面镜。准分子激光入射该光学系统后，将依次经过第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、傅立叶球面镜，最终在均束平面上获得辐照能量均匀的光斑。

本发明采用以下技术方案予以实现：

步骤一，通过激光光束分析仪拍摄得到入射光学系统的准分子激光光斑能量分布图像；将像素所携带的光能量强度信息量化，并根据微透镜单元所形成的光通道划分成网格区域。

步骤二，分别选择围绕光轴对称、光能量互补的一对区域计算其像素所表示的光能量通过其光通道在均束平面上的落点位置。

步骤三，根据步骤二追踪到的关于光轴对称的两个光通道内各像素所表示的光能量在均束平面上的落点位置，分析能量叠加后的分布状态。

步骤四，根据步骤三所计算出的关于光轴对称的两个光通道光能量在光束均匀化平面上能量叠加后的分布状态，分析光能量的均匀度，通过迭代降低所划分好的能量接收单元的能量均方根偏差，优化光通道中微透镜单元的曲率。

步骤五，重复步骤二到步骤四，依次优化所有关于光轴对称的一对光通道内微透镜的曲率，完成对整个光学系统均束效果的优化。

所述步骤一中将像素所携带的光能量强度信息量化的方法：若所使用激光光束分析仪拍摄得到入射光学系统的准分子激光光斑能量分布图像为灰度图像，则根据各像素的灰度按照由黑到白的256级灰度色域，由弱到强匹配光强度数值；若所拍摄的能量分布图像为伪彩色图像，则按照伪彩色图像中色彩随光强度的变化规律，判断各像素的色彩以匹配光强度数值。

所述步骤二中追踪能量落点位置的方法，具体步骤如下：