準分子激光器已成為紫外波段最有效的輻射源之一,由于其波長短、光子能量大、脈寬窄、脈沖功率高,對材料刻蝕的縱橫尺寸能高精度控制等優(yōu)點,近年來被人們廣泛用于微機械、微光學等微加工手段。在實際應用中,幾乎均要求準分子激光器輸出的光束強度分布盡量均勻,因此迫切需要采用一些方法使激光光束能量分布均勻。準分子激光均束方法很多,主要有以下幾種能實現(xiàn)準分子激光束的能量均勻化。
棱鏡法:
當一束光強分布近似高斯函數(shù)的準平行激光束,通過棱鏡時,光束被四面棱鏡分成四束光束,四束光束在X-Y面上疊加后,光束分布均勻性有較好改善。在X-Y面上的一點的(x,y),經(jīng)過四面棱鏡后,X-Y面上的光強變化百分比小于3%,激光傳輸率可達94%,用棱鏡法可以獲得輸出光束很好的均勻效果和較高的激光傳輸率,但棱鏡法的均勻效果僅在輸入光束嚴格對稱時才獲得理想的效果,并且獲得均勻光束截面的位置極嚴格的對應于光楔的角度。
反射鏡法:
當一束光強分布近似高斯函數(shù)的準平行激光束經(jīng)過透鏡L1聚焦到反射鏡M1上,經(jīng)過一次反射后,其能量分布將按照發(fā)生光束方向的改變和能量疊加現(xiàn)象,同樣經(jīng)過透鏡L2和反射鏡M2后,光束將再一次疊加。這樣經(jīng)過多次的光束疊加后,其初始的高斯光束能量分布將被均勻化。用反射鏡法也可以獲得輸出光束很好的均勻效果和較高的激光傳輸率,但反射鏡法的裝配和調(diào)試極為困難。
萬花筒法:
當光強分布為近似高斯分布的入射光以最大入射角θmax 進入光波導后,只有和透鏡光軸平行的或和光軸成一較小夾角的光線不經(jīng)過反射直接通過波導管,其余入射光的光線將在波導管內(nèi)產(chǎn)生反射到達輸出面的不同點上。萬花筒法制作、裝調(diào)簡易,成本大大降低,能方便地改變輸出光斑的大小,但此系統(tǒng)的傳輸損耗較大。
柱面鏡法:
由四片柱面鏡圍成一個中空的方形結(jié)構(gòu),每片柱面鏡安裝在一個精細調(diào)整架上,通過調(diào)節(jié)可以控制中空部分的尺寸和形狀,激光照射在裝置上,中空部分激光直接透過,照射在邊緣柱面透鏡上的光將補償?shù)街虚g光的弱光強部分,通過計算柱面鏡的參數(shù)和適當調(diào)節(jié)調(diào)整旋鈕,就能得到均光效果,這種方法的優(yōu)點是光束透過率較高,均光效果較好,但設(shè)計人員要求較高,設(shè)計人員需要計算鏡片參數(shù)及設(shè)計高精度的微調(diào)機構(gòu)。
復眼透鏡列陣法:
蠅眼透鏡陣列聚光系統(tǒng)由m×m片焦距和尺寸相同的小透鏡組成的方形透鏡陣列L,透鏡列陣L把入射的準直光束波面分割成m2束子光束,在靶面上形成的光強分布實際是球面聚光鏡將各子光束會聚在其焦平面上的光強的積分。使用透鏡陣列聚光系統(tǒng),即使在入射光束近場分布均勻性很差的情況下,仍然可以在焦平面上得到均勻的光照效果。
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