A：常见的匀化产品有：复眼透镜/透镜阵列、非球面透镜组、能量衰减型匀化模组、匀化光纤和匀化DOE。

• 复眼透镜/透镜阵列：通常由若干尺寸较小的、特定形状的透镜单元以规则的阵列式排布构成。通过对能量分布不均的入射光束进行单元拆解（对应各透镜单元）并分别发散，在远场叠加为能量分布均匀的出射光束。该产品体积小，易集成；多为透射型元件，效率较高；对入射光尺寸、偏移和光束质量无严格要求，对多模激光的匀化效果更好，单模激光则易出现远场衍射产生的条纹；匀化效果为非准直匀化，双片结构能实现发散角可调、匀化光斑几何轮廓随透镜单元形状可调。

• 非球面透镜组：由2个以上的非球面透镜构成。非球面透镜根据已知的入射光束能量分布（通常为高斯分布）进行了特殊设计，各透镜之间的不均匀会聚/发散效果相互匹配，最终将光束能量调整至均匀分布状态。该产品通常呈现为模组形式，体积较大；多为透射型模块，效率较高；对入射光的尺寸、能量分布等参数要求严格，适合单模激光的匀化；可实现准直匀化，传播路径上的可用匀化区域较长。

• 能量衰减型匀化模组：通常由结构化起偏器和检偏器组成。根据入射光的尺寸和特定能量分布（通常为高斯分布）设计起偏结构和检偏角度，通过偏振选择性的光衰减实现高斯光转平顶光。该产品常设计为光学模组，体积较大；能量衰减式的匀化原理导致效率较低；对入射光的尺寸、能量分布等参数要求严格，适合单模激光的匀化；匀化效果为准直匀化，部分产品通过有源设计可实现平顶光转高斯光。

• 匀化光纤：匀化光纤通常以光纤的波导结构为基础，在纤芯中设计不同的折射率剖面。当激光在光纤中传播时，由于纤芯中折射率不一致，高斯光在不断反射的过程中逐渐转变为平顶光。匀化光纤的能量利用率相对较低；对入射光束质量无严格要求，适用于单模、多模激光；能够产生距离更长的准直匀化效果；但其匀化光斑噪点较多，均匀性相对较差，也难以生成小尺寸的匀化光斑。
• LBTEK 匀化DOE是一种基于双折射功能膜层和高透光学玻璃基底，通过对已知入射光参数、搭配透镜参数和预期出射光参数的点对点映射计算来进行相位设计，利用衍射光学原理实现非准直匀化效果的平板光学元件。匀化DOE体积小、易集成；为透射式元件，具有较高的透过率和衍射效率；对入射光的尺寸、能量分布等参数要求严格；匀化效果为非准直匀化，可搭配透镜实现尺寸可调，能够灵活设计匀化光斑几何轮廓；适用于M²＜1.3的激光光源。

Tips：除匀化DOE外，LBTEK也可提供透镜阵列、能量衰减型准直匀化模组等匀化方案，欢迎来询！

A：两者均基于衍射光学原理实现匀化效果，但在元件结构、制作工艺、匀化参数上有着明显区别，且对于液晶匀化DOE，要尤其注意其材料理化特性方面的参数。

• 元件结构：液晶匀化DOE为“三明治”结构，产生匀化功能的双折射液晶层以微米级的厚度夹在两片保护玻璃中间，其通过液晶分子在同平面内的方位角变化实现相位调制，无凹凸结构；石英匀化DOE则是在单片石英基底上做物理结构的刻蚀，通过石英材料的厚度变化实现相位调制。

• 制作工艺：液晶匀化DOE中液晶分子的方位角变化是通过“光控取向技术”实现的，即利用材料的偏振敏感特性，以直写光束的偏振态变化带动液晶分子的取向变化，因此液晶匀化DOE的相位变化是近乎连续（通常＞180阶）的，相位设计和加工相对灵活，能够带来更好的匀化效果；石英匀化DOE的物理结构刻蚀常通过多次模板套刻实现2ⁿ阶刻蚀深度（多数为2阶，部分为4或8阶），其相位变化是阶跃的，相位设计和加工灵活性上较为局限，匀化效果也不如前者。

• 匀化参数：由前述制作工艺可知，液晶匀化DOE的匀化效果整体上优于石英匀化DOE，主要体现在光斑均匀度和边缘锐利度两个方面：其匀化光斑的不均匀性保证＜10 %，最小可做到＜5 %；其传输区域宽度可做到接近0.5倍衍射极限（DL）；其高级次能量较弱，没有明显的高阶条纹。

Tips：

- 匀化光斑的不均匀性即归一化能量＞90%区域内，能量分布的均方根误差

其中：

• 工作波长偏移会使匀化DOE 的液晶聚合物薄膜出现延迟量误差，影响DOE匀化器的衍射效率，过大的波长偏移会导致出射光斑零级过强进而能量分布不均。

• 入射光位置偏移即入射光斑未通过DOE通光孔径中心，影响衍射光斑的均匀度，偏心严重会导致出射光斑光强分布不均匀。

• 入射光尺寸需要与设计光斑尺寸符合，较大的偏差会导致出射光斑四周光强过大或过小，影响最终匀化整形效果。

焦面衍射强度随入射光斑半径w变化

• 入射角度倾斜会导致入射光经过的液晶聚合物膜层厚度增加，使延迟量发生变化从而影响衍射效率；入射角度倾斜也会导致入射光经过DOE时出现偏心而影响出射光斑均匀度。

• 经过设计的匀化DOE，只能在设计焦面上产生预期的匀化整形光斑，若工作面离焦，则会导致出射光斑强度分布不均匀。

焦面衍射强度随工作距离z变化

详细调试指南，请下载《DOE调试手册》。

百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1lALqruBESQ-ZemEIB0_4lw

提取码：ssqz

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Q：使用匀化DOE进行方形平顶整形时，为何1064 nm下的匀化光斑看起来比532 nm下的四角更圆？

A：方形匀化光斑的”四角更圆“实际上是传输区域宽度变大了，这与不同工作波长下的衍射极限（DL）有关，1064 nm的衍射极限比532 nm的衍射极限更大。

根据衍射极限计算公式：

在有效透镜焦距（EFL）为100 mm，输入光束尺寸（D）为Ø6 mm，M²=1.3的条件下，532 nm工作波长下的衍射极限为14.68 μm；1064 nm工作波长下的衍射极限为29.35 μm。而传输区域宽度接近特定波长下衍射极限的一半，即1064 nm下，更大的衍射极限带来更大的传输区域宽度，进而使得方形匀化光斑产生半径更大的圆角，因此看起来更圆了。

其余光学参数相同时，532 nm（上）和1064 nm（下）方形平顶整形仿真效果对比

 

 

如有其他疑问，欢迎咨询！