LBTEK 可调匀化器——技术说明

一、概述

LBTEK 可调匀化器（Flexible Homogenizer）基于2片微透镜阵列和1片平凸透镜的结构设计而成，可使入射准直多模激光转换为平顶方形光斑输出，通过控制2片微透镜阵列的距离来调节出射的匀化光斑尺寸，匀化面位于平凸透镜的焦面位置。

相对于LBTEK 其他DOE型匀化器，可调匀化器更适用于多模激光（当入射光为质量较好的单模激光时，匀化面会发生干涉形成点阵，影响匀化效果），其匀化光斑尺寸也更加灵活可调；相比于同类型设计产品中多数采用的PMMA材质微透镜阵列，LBTEK 可调匀化器中采用的微透镜阵列为高硼硅玻璃材质，可实现更优的产品性能。

二、产品外观

• LBTEK 可调匀化器中的2片高硼硅微透镜阵列和1片N-BK7平凸透镜集成于机械外壳中，入射出射端带有SM2外螺纹，便于系统集成；
• 机械外壳表面刻有入射方向标识，帮助用户快速区分入射及出射端；
• 机械外壳的旋转结构上刻有数值刻线，对应该旋转位置下的匀化光斑尺寸，供用户作为调节参考；
• 另设计有紧定螺钉结构，可在调整至预期匀化光斑尺寸后，锁紧螺钉以确保不发生光斑尺寸变化。

三、工作原理

1. 原理

微透镜阵列由多个子单元透镜组成，可以将入射光斑划分为多个子光束，通过透镜聚焦叠加在焦平面上从而得到平顶匀化光斑。由于该匀化方式涉及到光束叠加，当入射光束质量较佳，也即相干性较好的时候，叠加的光束会出现不同程度的干涉。因此，基于微透镜阵列的匀化方案更适用于多模激光或LED光源。微透镜阵列匀化方案以单片式和双片式两种结构较为常见，在透镜焦距一定时，单片式结构的匀化光斑尺寸固定，双片式结构则可通过调节两片微透镜阵列的距离来实现匀化光斑的尺寸可调。

2. 匀化光斑尺寸计算

LBTEK 可调匀化器采用两片相同的微透镜阵列实现匀化效果，两片微透镜阵列的子单元一一对应，其匀化光路如下图所示：

图2 可调匀化光路示意图

图3 子单元透镜匀化光路示意图

根据子单元透镜的几何光路计算匀化光斑尺寸S为：

由上式可知，双片式微透镜阵列结构的匀化光斑尺寸与两微透镜阵列间的距离d₁有关：

• • 当d₁=0 时，相当于焦距为f'/2的子透镜单元组成的单个微透镜阵列，匀化光斑尺寸 S=2F'/F#；
  • 当d₁=f' 时，MLA₂位于MLA₁的焦点位置，则相当于单个MLA₁的匀化效果，匀化光斑尺寸 S=F'/F#；
  • 当d₁=2f' 时，经过两片微透镜阵列的光束再次准直，经过聚焦透镜会聚为一点，匀化光斑尺寸 S=0。

四、参数说明

1. 工作距离

LBTEK 可调匀化器的匀化面由后方聚焦透镜焦距决定，位于透镜焦面。因此，工作距离可由透镜焦距表示，标品采用焦距100 mm的聚焦透镜，则其工作距离为100 mm。

2. 入射光斑尺寸

• 最大入射光斑尺寸由入射通光孔径决定，标品通光孔径为Ø30 mm，因此最大入射光斑尺寸为Ø30 mm；
• 最小入射光斑尺寸由透镜阵列单元尺寸决定，为保证出射效果，一般在一维上光束需覆盖3个透镜阵列单元，标品单元尺寸为1.5×1.5 mm，因此建议最小入射光斑尺寸为Ø5 mm；
• 入射光斑尺寸过大时，中间经过通光孔径的部分仍会被匀化，但会存在因挡光造成的能量损失或因光斑过大造成的漏光情况。

LBTEK 可调匀化器——定制能力

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