大多數(shù)激光束具有高斯輻照度分布，盡管在某些應(yīng)用中使用非高斯光束可能是有益的。高斯光束的輻照度截面隨著距中心距離的增加對(duì)稱減小;相反，平頂梁，也稱為平頂梁，通過光束橫截面保持恒定的輻照度值，在激光系統(tǒng)的目標(biāo)上提供一致的強(qiáng)度。

這會(huì)在半導(dǎo)體晶圓加工、其他材料加工和高功率光束的非線性頻率轉(zhuǎn)換等應(yīng)用中產(chǎn)生更準(zhǔn)確和可預(yù)測的結(jié)果。與高斯光束相比，平頂光束可以在處理系統(tǒng)中生成更干凈的切口和更銳利的邊緣，但生成平頂會(huì)增加額外的系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

一、平頂光束的缺點(diǎn)是什么?

平頂梁并非對(duì)所有情況都是完美或理想的。它們不像高斯激光束那樣具有成本效益，因?yàn)樾枰~外的光束整形組件將激光器的高斯輸出轉(zhuǎn)換為平頂輪廓。該組件可以直接內(nèi)置在激光源中，也可以在系統(tǒng)中的某些其他點(diǎn)的激光器外部使用。這些光束整形組件取決于輸入光束大小并且對(duì) xy 對(duì)齊敏感。此外，與高斯光束分布不同，平頂激光束分布在變換下不會(huì)保持不變。這意味著當(dāng)光束在系統(tǒng)中傳播時(shí)，入射的平頂光束輪廓將不會(huì)保持平頂形狀。平頂光束輪廓最終會(huì)演變成類似于艾里斑分布的輪廓。

二、如何實(shí)現(xiàn)平頂光束?

當(dāng)需要平頂光束輪廓但系統(tǒng)成本非常受限且性能不必非常高時(shí)，有時(shí)會(huì)使用孔徑物理截?cái)喔咚构馐孕纬蓚纹巾斴喞＿@會(huì)切斷并浪費(fèi)高斯光束翼部的能量，并且不會(huì)使光束的中心部分變平，但是當(dāng)保持低成本是主要因素時(shí)，這種方法可能很有用。

對(duì)于需要更有效地使用昂貴的激光能量的高性能系統(tǒng)，光束整形組件用于將高斯光束轉(zhuǎn)換為平頂光束。有幾種不同類型的光束整形組件，包括折射、反射、全息和衍射設(shè)計(jì)。折射光束整形組件使用場映射非球面或自由曲面透鏡和其他折射組件來控制光束的相位。它們受益于強(qiáng)度分布的均勻性和平坦的相位前沿。通過穿過伽利略或開普勒透鏡組件中的光學(xué)元件來控制入射光束的振幅和相位。這個(gè)過程通常是高效的(>96% 的吞吐量)并且在組件的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)與波長無關(guān)。

一些其他類型的折射光束整形器將輸入的高斯光束分布轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直的艾里斑分布。這是有益的，因?yàn)榘锇咻喞谕ㄟ^衍射極限透鏡組件聚焦后形成具有平頂輪廓的聚焦點(diǎn)。在包括微機(jī)械加工、光刻和微焊接在內(nèi)的許多應(yīng)用中，聚焦點(diǎn)都需要平頂輪廓。

激光束積分器或均化器是另一種類型的光束整形組件。它們由多個(gè)小透鏡或小透鏡組成，將入射光束分成更小的光束或小光束。然后聚焦組件透鏡將子束疊加在目標(biāo)平面上。最終輸出輪廓通常是由陣列中每個(gè)小透鏡確定的衍射圖案的總和。他們可以將入射高斯光束轉(zhuǎn)換為入射高斯光束的均勻平頂輪廓。然而，這些系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)遇到隨機(jī)的輻照度波動(dòng)，導(dǎo)致輸出光束輪廓不是完全平坦的。