高斯光勻化的微透鏡陣列有區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)元件的結(jié)構(gòu),所以微透鏡陣列具有較多的優(yōu)異效果。微透鏡陣列較為常見的應(yīng)用有:高斯光整形,高斯光勻化,激光勻化,波前探測,光纖耦合,激光切割等。而這其中,激光勻化,高斯光整形,高斯光勻化是較為常見的。因為,無論是用于激光加工,還是照明領(lǐng)域,光纖耦合,高斯光勻化都可以大大的提高效果和過程的可控性。然而市面上微透鏡陣列品類繁多,參數(shù)復(fù)雜,廠家各異。那么該如何基于自己的激光勻化要求,挑選合適的微透鏡陣列呢?本文就雙陣列的勻化方案,如果選擇用于高斯光勻化整形的微透鏡陣列做了簡要介紹。
雙微透鏡激光勻化的高斯光整形方案光路圖如下:
LA1、LA2、FL和FP從左而右分別是微透鏡陣列1、微透鏡陣列2、聚焦鏡和成像焦面。從上圖可見,微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)為平凸結(jié)構(gòu),平面相對,凸面即帶有微透鏡的結(jié)構(gòu)對外。入射待勻化整形的高斯激光從左邊經(jīng)準(zhǔn)直后入射到微透鏡陣列。兩片高斯光勻化微透鏡陣列的子單元口徑保持或接近。微透鏡陣列之間的間隔越等與微透鏡陣列1的焦距,一般是略大于。微透鏡陣列與聚焦鏡FL的距離會略微影響出勻化光斑的發(fā)散角,但是影響不大,一般選型計算時忽略不計。實際操作中可調(diào)整這個距離以微調(diào)微透鏡陣列的效果和大小。末端即為微透鏡陣列高斯光勻化的效果端面。
微透鏡激光勻化光斑大小關(guān)系如下式所示:(pLA為透鏡陣列的子單元口徑大?。?/p>
DFT=pLA·fFL·(fLA1+fLA2-a12)/(fLA1·fLA2)
在上光路所示的條件下,a12=fLA2,上式可以化簡如下:
DFT= pLA·fFL/ fLA2
所以,依據(jù)公式可以較為簡答的得出需要的微透鏡陣列參數(shù)范圍和目標(biāo)方向。假定,需要的勻化要求是:在300mm出形成10*10mm的方形光斑。那么便有:DFT=10mm,fFL=300mm,帶入公式,可計算得出微透鏡陣列的口徑與焦距的比值:pLA/fLA2=0.03333。如果是矩形,則計算長短邊分別計算一次。
理論上,微透鏡口徑越小,勻化效果越好。但是太小的口徑,會有衍射干擾,硬性的勻化效果反而沒有那么好。所以,一般建議選型的時候,口徑可以稍微放大一些。微透鏡的口徑需求確定了,邊可以對應(yīng)這pLA/fLA2=0.03333計算出對應(yīng)的焦距應(yīng)該是多少,也邊可以得到可以接受的微透鏡參數(shù)范圍。
在光路中,微透鏡末端的聚焦鏡主要的作用是提高勻化效果,調(diào)整高斯光勻化的位置和尺寸大小,并非必要的。如果需要的光斑在遠(yuǎn)處或者尺寸較大,可以撤去。
需要注意的是,因為選用的是周期性微透鏡陣列,所以對光源本身有一定要求。如果是M2較小,相干性高的光源,微透鏡陣列的高斯光整形勻化效果反而沒那么好。這種光源,推薦使用衍射性的整形勻化元件,可以達到很高的勻化性。當(dāng)然,也可以先將光通過散射片,在入射到微透鏡陣列勻化鏡組,但是效果性價比不高,一般情況不推薦。
雙片微透鏡陣列的使用過程中,特別需要主要的是兩片陣列的中心對齊。這個可以通過旋轉(zhuǎn)鏡片,微小移動進行調(diào)節(jié)。因于微透鏡陣列面積精度和光源質(zhì)量的原因,勻化光斑會帶有一定的散斑,這個是正常現(xiàn)象。由于散斑較弱,一般不影響使用。而消除散斑對精度要求比較高,花費較大,性價不高。這是微透鏡陣列整形的常見現(xiàn)象,無論是國內(nèi)外的產(chǎn)品均如此。
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