顶帽激光束是一种强度分布在某些光学平面大部分是平坦的激光束。内有更多详情！
顶帽激光束，也称为平顶激光束，是一种强度分布在某些光学平面（通常为远场或系统焦平面）大部分是平坦的激光束，与大多数激光束的典型类高斯强度分布不同。顶帽光束在中心有一个平坦区域，在光束边缘有一个能量衰减为零的“转换区域”。
“顶帽”这个名字来源于能量分布，因为它类似于魔术师所戴的高顶礼帽（或海狸皮帽）。
通常，有几种方法可以实现顶帽激光光束分布。实现平顶光束的一种方法可与高度相干的低M2激光束共同使用。在该方法中，使用顶帽光束整形器（也称为平顶光束整形器）将具有已知直径的高斯光束分布转换为具有明确定义的尺寸和形状的聚焦光斑。光束整形器通常为衍射光学元件（DOE），特别是在高功率材料加工应用中，其中精确的角度至关重要。该DOE是一种独特的相位自由形式，可修改激光束相位以在远场获得连续的强度分布和平滑的相位分布，且不会产生任何斑点。
另一种方法是使用高度多模激光器，并通过平顶均化扩散器将激光器整形为所需的顶帽形状。这种方法对具有高M2的时间相干性较低的激光源有效，因为生成的分布可能非常平滑，但对于具有低M2的高相干性激光源，其会产生高度斑点状光束。
另一种平顶光束整形方法是使用输出为平顶的激光器。这可能非常有效，但通常会限制激光系统的灵活性，因为需要将平顶分布成像到工作平面，而这通常需要复杂的光学元件和较长的距离。
顶帽应用
顶帽激光束具有急剧能量衰减的独特特性在将激光源用于材料加工的应用中非常有效，因为这种应用需要极高的精度，并且需要特定的能量阈值以执行所需的过程。
高于该工艺阈值的任何能量都是多余的，而低于该阈值时能量不足，可能会导致不良的热反应（HAZ-热影响区），例如切割木材或纸板时出现黑色烧焦边缘。
利用顶帽激光束优势的应用包括：
- 激光切割
- 激光钻孔
- 激光划片
- 激光消融
- 激光退火
等等。
当光源成本是考虑的系统或工艺的一个重要因素时（例如优化处理量），顶帽激光束变得更为重要。由于其尖锐的转换区域和针对特定工艺的定制设计能力，顶帽光束整形器DOE使人们能够优化其可用激光源的使用，并以最有效的方式利用能量以实现该过程，从而实现更高的加工速度或更大的加工面积。
基本的顶帽典型设置
在您的系统中使用顶帽时的设计注意事项
为了使用顶帽光束整形器实现最佳性能，应考虑以下注意事项：
- 输入源：
- 单模（TEM00）高斯光束
- 最好经过准直的（如果没有——需要准直）
- 光束路径中的所有光学器件，包括反射镜、扩束器/望远镜和聚焦光学器件，必须：
- 具有高质量和低像差水平，以避免增加波前误差
- 比孔径平面上的光束直径（e-2）大至少2倍（最好超过2.5倍）
- 输出光斑：
- 顶帽光束整形器输出光斑尺寸必须比衍射限制光斑的尺寸大至少1.5倍
- 衍射限制光斑的尺寸可以通过我们的计算器使用以下公式计算：
设：
DL是衍射限制光斑的尺寸
M2是输入光束质量参数
EFL是有效焦距
λ是波长
D是输入光束直径。
TL；DR – 问答
问：顶帽激光束是什么？
答：顶帽激光束是一种强度分布在某些光学平面（通常是远场或系统焦平面）大部分是平坦的激光束，但超出某些形状边界时强度急剧下降到零。
问：如何获得平顶激光束？
答：平顶激光束可以使用顶帽光束整形器光学元件和聚焦光学元件（透镜）通过单模（TEM00）输入激光器生成，或者使用平顶整形扩散器通过高度多模输入生成。
问：哪些情况下建议使用顶帽光束整形器？
答：建议在具有单模高斯激光源的高功率激光系统中使用顶帽激光束，因为其中需要非常精确和界限清楚的聚焦光斑，并且能源成本是系统的一个重要因素。请注意，在您的系统中使用该组件时需要考虑设计注意事项。
问：顶帽应用有哪些？
答：顶帽激光器最常见的应用包括切割、钻孔、划片、消融、退火等。
