元描述：平顶光束整形器是将具有给定强度分布的入射激光束转换为平顶光束分布的光学元件。内有更多详情！
什么是平顶激光束整形器？
大多数激光束具有高斯分布，即它们在中心具有更高的能量，随着半径的增加缓慢衰减。这种行为通常是次优的，例如，如果将激光束用于具有特定能量阈值的过程，不必要地高于或低于该值时会浪费大量能量。该问题可以通过使用平顶光束整形器（也称为顶帽光束整形器）来解决。平顶光束整形器是一种可将具有给定强度分布的入射激光光束转换为平顶光束分布（即能量在光束剖面上均匀分布）的光学元件。
平顶光束整形器是如何工作的？
平顶整形器一般分为两种类型，可根据激光器的时间相干水平进行选择。解析顶帽光束整形器适用于相干的、单一模式输入，并且通常被设计用于TEM00高斯输入光束，其中M[2<1.3。它们通过相前的连续变换发挥作用，不会混合或覆盖任何光束部分，因此它们可以创建一个平滑、无斑点的平顶强度剖面，具有非常高的转换效率。为了实现最佳整形，这些平顶整形器需要一个定义明确的输入光束直径、良好的对中精度以及激光等级、无偏差聚焦以及通光孔径至少为X2输入光束直径的转像系统。
第二种平顶光束整形器为平顶漫射器。这些元件的工作原理是将光束多次叠加在其自身上，从而创建具有平顶包络的混合光束。它们更适用于多模、相干性较低的激光器，因为这种叠加不会产生强烈的散斑。它们的锐度往往低于解析整形器，但它们对系统公差的敏感度明显较低，并且对输入光束参数不敏感。在本文中，我们重点介绍解析顶帽整形器，因为扩散器在另一篇文章中进行了详细讨论。
解析顶帽光束整形器的类型
顶帽整形器属于折射或衍射光学元件。折射光束整形器基于高精度自由曲面，可折射入射激光束以创建所需的平顶强度分布。衍射光束整形器是根据衍射图案进行图案化的窗口，对于设计波长，该衍射图案产生所需的自由形式相位，以在远场（或透镜焦平面）将激光整形为顶帽。
与折射平顶光束整形器相比，衍射平顶光束整形器的主要特点如下：
- 衍射平顶整形器具有绝对的角精度，能够使形状较小的平顶降至1.5衍射限值，而由于生产过程的原因，折射平顶整形器针对整形角度通常具有一定的公差。
- 与折射顶帽相比，衍射稳定型平顶元件明显具有更锐的转换区域。
- 衍射顶帽整形器可以是薄窗，而折射顶帽整形器通常必须具有一定窗厚（通常＞3mm），以精确处理到所需的自由形状。
- 衍射顶帽整形器是单色的，即设计用于单一波长，而折射式顶帽整形器是多色的，即可用于一系列波长。
如何将衍射高斯应用到顶帽光束整形器中？
Holo/Or有一个广泛的安装指南以及使用说明，旨在促进衍射顶帽使用。所有解析顶帽类型均对公差敏感，并且需要仔细工作和预先对准。使用顶帽整形器的主要要求是：
- 单一波长，公差 ±2%
- 单一模式TEM00 激光，其中M2<1.3
- 光束直径与设计一致，公差 ±10%
- 准确聚焦 – Z中的散焦公差大约为焦平面中的平顶尺寸。
- 对于从DOE平顶整形器到焦平面的所有光学器件，通光孔径至少为X2输入光束直径。
激光束整形器的应用
顶帽光束整形器广泛用于激光行业，主要用于材料加工应用。
这些应用包括：
- 激光微细加工
- 激光钻孔
- 激光划片/消融
- 平版印刷
- 激光表面处理（喷丸、硬化、退火）
- 晶圆检测、晶圆激光切割
TL；DR – 问答总结
问：激光平顶光束整形器是什么？
答：光学组件中的光束整形器，可将输入激光束转换为具有预定义形状的平坦角分布，即形状内部各处强度相同的光束。
问：平顶整形器可以制作哪些形状？
答：平顶光束整形器可以创建圆形、方形、矩形和线条形状。Holo/Or的衍射整形器不受这些形状的限制，可以创建任意形状的分布，例如若干矩形甚至字母。
问：光束整形器有哪些类型？
答：对于单一模式相干激光整形而言，衍射或折射解析光束整形器都是最佳解决方案。对于不太相干的激光，平顶扩散器是最佳解决方案。
问：衍射平顶光束整形器的优势有哪些？
答：衍射平顶整形器提供绝对的角精度，从而能够形成数倍于衍射限制光斑大小的尺寸。该等较小的形状在微细加工和其他精确激光材料处理过程中非常有用。
问：平顶激光束整形器的用途有哪些？
答：平顶激光光束整形器用于各种激光应用，主要用于激光材料加工。这些应用包括微细加工、钻孔、切割、划片、表面处理等。
