激光 ☘ 束整 🌹 形技术的实 🐟 现方式
激光束整形技术旨在改变激光束的相位、偏振或波前分布,以满足特定应用的 🦋 要求。其实现方式主要有以下几种:
1. 波 🐶 前相位板
波前相位板是一种光学元件,其表面具有特定的相位分布。当,激光,束。通,过波前相位板时其相位发生相应改变从而改变激光束的波前波前相位板可实现各种束整形例如平面波、高、斯。束 🐱 环形束等
2. 空间 🌲 光 🌸 调制器 (SLM)
SLM 是一种可编程的光学 🌲 元件,其表面可动态控制相位或振幅。通过对的 🐧 控制可 SLM 以,实 🐅 ,现。对激光束的实时整形操作更加灵活
3. 透 🐺 镜 🪴 阵列 🐋
透镜阵列由多个小透镜组成,其排列方式可以控制激光束的传播方向和强度分布。通,过。改变透镜阵列的排列和焦距可以实现激光束 🌷 的整形
4. 光 🐈 纤 🌼 束 🌹
光 🐶 纤束由大量光纤组成,其排列方式可以改变激光束的形状和尺寸。通,过。控制光纤的排列和特性可以 🦟 实现激光束的整形
5. 啁 🌺 啾光 🐧 栅 🐒
啁啾光栅是一种光学元件,其衍射特性随波长而变化。当,激光,束。通过啁啾光栅时其不同波长的分 🐧 量发生不同的衍射 🍀 从而实现激光束的整形
6. 非线性 🐬 光 🌴 学 🦅 晶体
非线性光学晶体利用材料的非线性性质,可以改变激光束的频率、相位或偏振。通,过。对非线性光学晶 🌵 体的控制可以实现激光束的整形
值得注意的是,不同类型的束整形技术适用于不同的应用。具 🍀 体选择取 🍀 决于所需的束形状、强。度分布和动态可调性等因素
激光束整形技术 🐱 可以 🕸 通过以下方法实现:
1. 透 🦆 镜 🐛 和衍射光学元件 🐟 (DOE)
透镜:凸透镜和凹透镜 🦢 可用于聚焦或展 🌷 开激光束。
衍射光学元件 (DOE):这些光 💐 学元件具有预先设计的刻痕,可衍射激光束以产生特定的光束形状。
2. 波前 🕸 校 🦈 正
自适 🪴 应光学 (AO):使用变形镜来校正激光束的波前,从而提高 🐈 聚焦精 🐼 度。
相位共轭:通过 🌸 产生与入射激光束相位 🦋 共轭的波前 🌿 来矫正波前畸变。
3. 非线性 🦍 光学 (NLO)
参量放 🍀 大器:利 🍀 用非线性 🐒 晶体的参量放大过程产生特定的光谱和空间模式。
光纤拉 🐠 曼放大 🌲 器:通过受激拉曼散射产生具有特定光谱和空间模式的光束。
4. 相 🐒 位 🐴 锁技术 ☘
锁模激光 🌿 器:产生具有 🐳 相位锁定光脉冲的 💮 激光束。
光学谐波 🐝 发生:通过非线性光学过程 🍁 将激光束频率倍增,同时保持相位锁定。
5. 光纤 🐡 和波导 🐼
光纤:可以利用多模 🌼 或单模光纤传输或整 🐧 形激光束。
波导:可用于通过限制激光束的 🐘 传播来实现特定光束 💮 形状。
实 🦟 现方式选择取决于具体应用要求,例如所需 🐟 的光束形状、波 🌵 、长功率和聚焦精度。
激光束的产生过 🐅 程 🐯
激 🐧 光器 🐘 产生激光束的 🌺 过程涉及以下几个步骤:
1. 激发介质 🦋
激光器首先需要 🐘 一个能够产 🐦 生光的激发介质,这可以是固体、液体或气体。常见的激发介质包括:
固体:红宝石 🐧 、钇 🐧 铝石榴石 🦉 (YAG)
液体:染 🦁 料、Nd:YAG 溶液 🪴
气体:氦氖、二 🌵 氧化碳
2. 泵浦激光介质需要被泵浦到激发态。有几 🌿 种泵浦方 🌵 法,包括 🌻 :
光学泵浦 🐝 :使用高强度光源
电气激励:使 🌿 用电 🐅 场或电流 🐦
化学反应:使用化学反 🦈 应释放能量
3. 受激 🦅 辐 🐈 射 🐬
当激发态的介质原子或分子返回到基态时,它们会释放光子。这。一过程称为受激辐射释放的光子与泵 🐶 浦光子具有相同的波 🌻 长相、位。和方向
4. 光学共振腔 🐞
产 🐟 生激光所 🐒 需的第二个关键元件是光学共振腔。它通常由两个平行放置的 🌺 反射镜组成,形。成一个光学反馈环路
5. 光 🐶 学反馈 🐯
受激 🐘 辐射释放的光子在共振腔内来回反射。每次反射都会产生更多受激辐射 🐛 ,导。致光子数量呈雪崩式增加
6. 输出 🐧 耦合 🌳
共振腔的其 🐛 中一面反射镜部 🕊 分透射光,允许激光束从激光器输出。
当这些步骤正确组合在一起时,激 🐺 光器就会产生一个相干、单、色高强度的激光束。
激光束是指由激光器发出的高度集中 🌷 、相干且单色 🦉 的光束中。文激光“为”镭“射的”简称,来自英文“Laser”,全称“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”(受激辐射光放大)。
激光束具 🦋 有以下特 🐎 点:
高度集中:激光束通过一种称为光“学谐振腔”的装置,将光束,聚焦到一 🐋 个非常小的面积从而产生极高的功率密度。
相干:激光束的光子具有相同的波长和相位,这意味着它们是完全 🦟 同步 🦊 的 🦄 。
单色:激光束通常只发射特定 🌷 波长 💮 的光,具有非常窄的光谱线宽。
高方向性:激光束可以通过透镜准直,产,生高度平行的光束 🦍 可 🕸 以传播很长的距离而不会明显发散。
高亮度:激光束具有极高的 🌺 亮度,即单 🐒 位面积和单位时间内的光功率。
激光束广泛应用于各种领域,包 🌴 括:
工业 💐 加工 🐕 :切割、焊、接、钻孔雕刻
医疗:外科 🦍 手术、激、光美容 🐘 眼科
科 💮 学研究 🦉 :光谱学、激光 🐶 、成像通信
娱 🕸 乐 🌳 :激光表演 🦉 、照明
军事:激光武 🍁 器 🐶 激光、制导