准分子激光光束均匀技术

由于放电结构及谐振腔的限制,准分子激光光斑呈现不均的分布。介绍了各种均匀器的工作原理,从衡量光束均匀性的各项指标出发,评述分析了各种均匀方法的优缺点及适用范围。

准分子激光光束均匀性的评价指标研究

详细研究了准分子激光光束均匀性的各项评价指标 ,加工窗口描述了加工任务本身对光束均匀度的要求 ;能量分数回答了具体加工窗口即均匀度要求下的能量利用率问题 ;平顶因子则描述了整个光斑能量分布范围内的均匀性问题。利用激光波面分析仪对不同均匀器所获得的均匀光束进行评价比较 ,蝇眼透镜均匀器能量利用率高 ,整个光斑内的均匀效果好 ,但最佳均匀截面的位置动态范围小 ;组合棱镜均匀器均匀截面动态范围大 。

基于微透镜阵列光束均匀化的傅里叶分析

为了提高高功率固体激光器泵浦光束的均匀性,分析了成像型和衍射型微透镜阵列匀化光束的基本原理,基于菲涅尔衍射和傅里叶变换公式,推导出了微透镜阵列焦平面上光强分布的解析表达式,比较了两种光束微透镜阵列对光束匀化的效果。同时,研究了成像型微透镜阵列子透镜的相对孔径及微透镜阵列间距对光强分布的影响。结果表明,成像型微透镜阵列具有更好地匀化效果,且子透镜孔径是影响光束均匀性最主要的因素。

应用于光束均匀化整形的SAGAGD算法

分析了模拟退火算法、基因算法、梯度下降法的主要步骤和应用中的优劣 ,将这三种方法加以综合运用于纯位相元件的优化设计以实现光束均匀化 ,结果表明 。

基于非球面镜像差效应的长焦深高斯光束均匀化光学系统设计

近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而,高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度,实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布,但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此,本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统,系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成,所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜,能够实现99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为1064 nm,工作距离为1000 mm,系统总长为135.2 mm,耐受激光功率不小于300 W。设计结果表明:整形后的平顶高斯光束有效焦深为±100 mm,光束均匀性≥95%,会聚角为17.52 mrad,能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统,具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。

光束均匀化后Nd：YAG激光对离体人前列腺组织的生物效应

目的探讨光束均匀化后Nd：YAG激光对离体人前列腺实质的生物学效应及其降低激光治疗良性前列腺增生(BPH)复发率的可行性。方法离体BPH标本30例,随机分为均匀化组和非均匀化组,各15例。均匀化组,Nd：YAG激光(波长0．53μm,功率20W,光斑直径3mm)经过反射镜后照射BHP标本；非均匀化组Nd：YAG激光(功率15W)直径照射BPH标本。照射后第20、40、60、80、100和120秒,测量照射点及相距1、2mm处BPH标本表面温度。结果激光光束进行均匀化处理之后,辐照区域内光子能量密度趋于均匀,从而使辐照区域的前列腺组织温度变化更加均匀。结论光束均匀化后Nd：YAG激光对离体人前列腺的处理更彻底,有可能降低现有激光治疗BPH后的复发率。

垂直叠阵半导体激光器输出光束均匀化的研究

本文针对垂直叠阵半导体激光器提出了基于棱镜锥体的光束均匀器件,利用软件ZEMAX仿真了具有正方形和正三角形输出端面的棱镜锥体输出光束特性,研究表明,正三角形输出端面棱镜锥体可以实现均匀的光强分布,并且快慢轴方向上的光束发散角度近似相等。

大口径多波段光束质量检测系统设计

光谱合成技术是实现高能激光输出的重要技术途径,如何在高功率输出的前提下,保证高光束质量的激光输出已成为当前光谱合成技术最迫切要解决的问题。本文针对155 mm×140 mm矩形口径、(1 064±3)nm、(1 030±3)nm和(635±5)nm波段光束的参数检测问题,设计了大口径多波段多参数检测系统。波前检测单元基于开普勒的望远结构,在构建变形镜与微透镜共轭关系的同时,压缩光束口径以匹配探测器尺寸。前组物镜采用卡塞格林结构,以解决大口径、多波段的色差校正难题;后组镜采用三片式复消色差折射镜组,补偿色差的同时,兼顾无热化设计,用以补偿前组物镜的残余热差和后组镜热差。经波前检测单元后进行分光探测,实现光束质量和光束均匀性检测。为了提高系统的环境适应性,采用光学被动无热化方法对系统进行了20℃±10℃的无热化设计。最后,对系统进行装调测试,采用泽尼克波前复原方法对波前探测相机采集的光斑图像进行波前复原,测得10℃~30℃下系统波前的RMS值优于0.052 4λ(λ=632.8 nm),光束均匀性优于0.893,光束质量β因子优于1.26倍衍射极限。

一种改善准分子激光光束均匀性的新型均匀器

准分子激光作为当前光刻装置的主要光源 ,要求其输出激光光束强度分布尽量均匀。为了改善其光束强度分布的均匀性 ,介绍了一种新型梯形棱镜式准分子激光光束均匀器。从理论上分析了其工作原理及设计加工要求 ,计算了最佳均匀截面位置 ,并与普通棱镜均匀器进行了比较。实验中根据经梯形棱镜折射后光束能量在中间较强光束的本底基础上进行三分互补叠加的原理 ,实现了其与普通棱镜均匀器在二维方向上的组合使用 ;通过调节均匀器与接收屏之间的距离并同时记录每一位置处光束光斑的能量分布改善情况 ,确定了最佳均匀截面位置并与理论计算相吻合。利用其改善准分子激光器输出光束强度的分布 ,起伏优于 4 % ,其均匀效果优于普通棱镜均匀器。

XeCl准分子激光光束均匀器及其应用

采用光束均匀器，改善ＸｅＣｌ准分子激光器输出光束强度的分布，其起伏优于２％，用这一装置测量了Ｃ６０薄膜的刻蚀阈值。

激光间接驱动聚变的光束均匀化方案研究

针对激光间接驱动聚变，使用广义衍射积分理论，以随机位相板、部分相干光以及随机相位板加部分相干光入射的“二合一”光束均匀化方案为例，进行了详细的数值计算和分析讨论．给出了柱形腔靶注入孔以及内壁上的光强分布，所得结果对间接驱动束匀滑方案选择有参考意义．

快速汉克尔变换及光束均匀化

介绍快速汉克尔变换，以及它在二元光学设计中的应用，并就光束均匀化问题进行了数值模拟，结果表明快速汉克尔变换算法是一种能用于二元光学设计的有效算法。

半导体激光器阵列发光面光束均匀度的特性测试

针对高功率的半导体激光器阵列,提出一种测试其发光端面均匀度特性(包括光强分布均匀度及光谱特性均匀度)的测试方法和测试系统.激光光束通过光纤传输后由光纤尾端的探测器或光谱仪接收用以获得测试点的光强或波长,利用电移台带动光纤扫描整个发光面得到发光面上每一点的光强或波长,从而获得其发光面光束均匀度特性.实验表明该方法和系统是可行的,可以作为评价半导体激光器阵列光束质量和性能的一种有效手段.

驱动光束不均匀性研究中的硅平面薄膜

介绍以氧化、扩散、光刻等现代半导体技术结合化学腐蚀工艺实现对 Si片的定向自截止腐蚀 ,制备获得用于研究驱动光束不均匀性的自支撑 Si平面薄膜的工艺。通过台阶仪测量厚度在 3～ 4 μm的 Si平面薄膜 ,在扫描范围为 1 0 0 0 μm时 ,它的表面粗糙度为几十纳米 ;SEM测量表明 ,Si薄膜表面颗粒度在纳米量级 ;探讨了采用控制扩散、腐蚀参数和表面修饰处理来降低 Si膜表面粗糙度的方法。

椭圆高斯型激光束到均匀圆光束变换的量化问题研究

椭圆高斯型激光束到均匀圆光束变换的量化问题研究姬杨，张静娟（中国科学技术大学研究生院，北京１０００３９）为了进一步扩大量子断半导体激光器在光通讯、光计算等方面的应用范围，我们正在研究用二元光学元件将椭圆高斯型激光束变换成均匀回光束的问题。我们基于霍裕...

适用于放大自发辐射平滑光束的脉宽压缩方法

为了增加靶上的功率密度和耦合效率,基于饱和增益开关原理,发展了一种适用于放大自发辐射平滑光束的脉宽压缩方法。利用该方法,在赛格德大学的一台放电泵浦KrF准分子激光器上进行了实验,将该激光器输出的脉宽为14.5ns的放大自发辐射光束压缩到了7.5ns,并且保持了光束原有的均匀性。

光束质量评价的新进展

光束质量评价的新进展徐大刚马冲（中国计量科学研究院北京１０００１３）目前光束质量评价的主要依据是１９９５年的ＩＳＯ／ＤＩＳ１１１４６国际标准文件。该文件规定了束宽、发散角、光束传输因子Ｋ２和倍衍射极限因子Ｍ２的定义及其测定方法。它主要采用二阶矩束宽定...

随机位相菲涅耳透镜阵列激光束匀化

为降低干涉带来的影响,将一种随机位相分布引入菲涅耳透镜阵列,对阵列中每一个菲涅耳透镜施加0或π的二值化位相变化,打乱阵列位相的周期性排布,减少微透镜后多光束在匀化面干涉带来的影响.通过数值计算对激光束的匀化过程进行了模拟,设计的菲涅耳透镜口径为0.5 mm,焦距为6mm,阵列数目为20×20,光斑整体均匀度达到90%,光束能量利用率达到96%.利用设计和制备的16台阶随机位相型菲涅耳透镜阵列对1 064nm波长的激光光束进行匀化,均匀度为83%,光束能量利用率为89%.研究结果表明,通过引入随机位相可有效减少干涉带来的影响,提高微透镜阵列对单模高斯光束的匀束效果.

二维光束整形的衍射光学元件设计

采用加权串行迭代算法(WSI)设计衍射光学元件(DOE),将二维圆形高斯分布的激光光束分别整形为二维正方形和三角形的均匀光束,同时实现了光束形状改变及振幅分布均匀化的功能。模拟计算结果表明,用WSI设计得到的输出波形形状基本达到要求,转换到均匀区的能量效率分别达到95.3％、93.6％。