反射式激光
光束整形

适用于功率高、脉冲持续时间短的光束整形

对于许多精密的激光应用而言，将具有高斯轮廓的激光束整形为平顶光束或贝塞尔光束至关重要。虽然通常使用折射光束整形光学元件，但反射光束整形器和锥透镜可消除透射损耗，能处理更高功率的激光。它们还能消除色散，因此非常适用于超快系统。反射光束整形器非常适用于微材料加工和其他高精度激光应用。超快激光和其他激光技术的进步已导致越来越多的系统使用光束整形器来提高效率和精度。

反射式锥透镜

透射式锥透镜是圆锥形光学元件，可在远场中将入射的准直光转换为环形光束轮廓，并在近场中的指定区域中近似转换为贝塞尔光束。在贝塞尔光束区域中，光束在传播时不会发生衍射和扩展，如下文中的图 2 所示。实际上，贝塞尔光束的宽度可以小于衍射极限。

离轴反射式锥透镜可产生高质量的贝塞尔光束，与透射式锥透镜相比，它具有多项优点。反射式锥透镜较透射式设计能产生更接近理想的贝塞尔光束，并且对高功率激光具有更高的耐受力。不通过光学介质传播还能消除色散，从而在超快激光应用中保持脉冲持续时间。图 1 显示了使用反射式锥透镜产生贝塞尔光束的典型示意图。

图 1:该离轴反射式锥透镜在指定区域中近似产生贝塞尔光束，然后继续以环形分布传播。

反射式锥透镜所产生贝塞尔光束中的光线高度会聚非常适用于激光材料加工，例如在玻璃和其他透明材料中进行纳米孔道钻孔。¹ 先钻出纳米孔道，然后施加力，使玻璃沿孔破裂，由此可以最大程度地提高玻璃切割效率。孔的尺寸可以得到精细控制，并具备很高的可重复性。若要详细了解锥透镜，请浏览我们的深入了解锥透镜应用说明.

图 2: 由反射式锥透镜产生的贝塞尔光束的强度分布（上），以及使用贝塞尔光束钻入玻璃的纳米孔道（下），由 Cailabs 提供².

多平面光线转换 — 反射光束整形的秘密

多平面光线转换 (MPLC) 是低损耗的光束整形流程，涉及相位板和自由空间传播。³ MPLC 非常适用于多光束系统，因为可以同时对光束执行整形。MPLC 可以在透射和反射配置中完成，反射式 MPLC 系统可避免因通过折射式光学元件传播而产生的色散和吸收。该技术由总部位于雷恩的法国深度技术公司 Cailabs 开发。

通常会将使用 MPLC 的反射光束整形器配置为多通腔，其中入射激光束在反射相位板和反射镜之间多次反射，以产生所需的输出光束轮廓。这些系统受益于很高的模式选择性和很低的插入损耗。如需有关 MPLC 的更多信息，请观看以下视频。

MPLC 概述（由 Cailabs 提供）

使用 MPLC 生成平顶光束可以提高精度并提高激光应用（例如微材料加工）的效率。平顶光束可减少沿特征侧面的热效应来实现平坦边缘，从而提高加工质量。也可以将横向光束形状定制为方形，这会最大限度减少侧面重叠和材料浪费（图 3）。⁴ MPLC 系统可以接受许多不同的激光模式，可以进行定制以拒绝不想要的模式，因此对不完美的输入光束和光束随时间的变化不太敏感。反射光束整形的其他优点包括与检流计扫描仪的兼容性、更高的生产成品率、更短的处理时间，以及在飞秒级范围内不产生色散。使用 MPLC 进行反射光束整形还可提高激光焊接、标记、表面纹理化和增材制造的准确性。

图 3: 这些方形特征是使用 CANUNDA-PULSE 反射激光束整形器（运用振幅超快激光）进行微钻孔而产生的，其形状可最大限度减少侧面重叠和材料浪费。图片由 Cailabs 提供。

常见问题

  为什么色散对于超快激光系统很重要？

若脉冲持续时间缩短，则激光脉冲的波长范围会增大，因此超快激光很短的脉冲持续时间会导致带宽很宽。超快脉冲在光学介质（例如显微镜物镜、声光调制器、窗口片、镜头和滤光片）中传播时，色散会严重影响该带宽。更多信息请前往这里。

  反射式 Canunda 锥透镜可以处理的能量峰值是多少？

凭借低损耗的镀膜和反射式设计，Canunda 锥透镜非常适合使用最高 1mJ 的高能量激光，即使持续时间为飞秒级也是如此。

  多平面光线转换 (MPLC) 是否可用于材料加工以外的其他应用？

是，由 Cailabs 开发的 MPLC 也可用于光纤通信。它可以增大多模光纤系统的带宽，而不会大幅提升系统的复杂性和成本。通过滤除大气湍流和组合激光，同时保持低发散度，MPLC 还可用于光通信，例如从地面到卫星的光通信。

  脉冲持续时间多长的激光将视为“超快”？

持续时间为皮秒、飞秒和阿托秒(<100ps) 的激光脉冲通常将视为超快脉冲。