本申请涉及光学整形系统，具体而言，涉及一种用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置及激光设备。
背景技术：
1、随着激光技术的发展，工业及科研领域对微米量级小尺寸均匀光斑（指几微米至数百微米尺寸范围的光斑）的应用需求逐渐提升。如显微照明、微型焊接、钻孔、材料微加工等领域，通常要求光斑尺寸为几微米至数百微米，且光强形貌呈均匀分布。在显示制造领域，如对micro-led芯片的激光剥离、转移，不仅要求光斑尺寸在微米量级，还要求光斑形貌为矩形或方形均匀分布。
2、然而，激光器出射光束通常为近高斯分布，需要对激光器出射近高斯光束进行匀化整形，以获得小尺寸均匀光斑。传统基于几何光学的光束整形方法，如折射棱镜光束整形、自由曲面折射透镜整形、微透镜阵列光束整形、导光管光束整形等，通常只能获得毫米量级及以上尺寸的均匀光斑。微米尺度光斑的光束整形，其衍射效应较为明显，需从物理光学角度对光束整形光路进行设计分析。
3、目前常用的获得微米级均匀光斑的光束整形方法有两种。一种是使用两片自由曲面透镜将入射高斯光束转换为较大尺寸的圆形艾里斑，然后使用一片会聚透镜对艾里斑进行聚焦，得到小尺寸均匀光斑。但该方法只能得到圆形光斑。另一种是使用衍射型光学元件(doe)对入射高斯光束相位进行调制，然后使用会聚透镜将doe调制后的光束会聚为小尺寸均匀光斑。虽然可以获得小尺寸矩形光斑，但高质量doe加工成本较高，且doe衍射会损失部分光能，降低了光能利用率。
4、因此，现有技术亟需改进。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置及激光设备，能够获取微米级方形均匀光斑，且成本低廉，光能利用率高。
2、第一方面，本申请提供了一种用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，包括沿一光轴从前到后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和照射面；
3、所述第一透镜用于对入射高斯光束的光线角度进行调制，使调制后的光束在所述第二透镜的前表面的光强分布沿x轴方向和y轴方向均符合sinc函数形貌；x轴方向和y轴方向相互垂直且均垂直于所述光轴；
4、所述第二透镜用于改变入射到所述第二透镜的光线的折射角度，使所述光线重新转换为平行光出射；
5、所述第三透镜为聚焦透镜，并用于把所述第二透镜的出射光聚焦在所述照射面上，形成微米级方形均匀光斑。
6、该光束整形装置包括沿一光轴从前到后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和照射面，通过第一透镜对入射高斯光束进行调制，第二透镜将光线转换为平行光，第三透镜聚焦形成微米级方形均匀光斑，从而解决了现有技术中难以获得微米级方形均匀光斑的问题，具有能够获得微米级方形均匀光斑、光能利用率高、成本低的优点。
7、优选地，所述第一透镜的前表面为平面，后表面为曲面，所述第一透镜的后表面用于对入射高斯光束的光线角度进行调制。
8、通过第一透镜的特殊结构设计，实现了对入射高斯光束的有效调制。入射的高斯光束在通过第一透镜后，其光线角度被精确调控，使得光束在到达第二透镜前表面时，能够形成特定的光强分布，即在x轴和y轴方向上均符合sinc函数形貌。这种光强分布为后续的光束整形和均匀化奠定了基础，最终有助于在照射面上形成微米级的方形均匀光斑。
9、优选地，所述第二透镜的前表面为曲面，后表面为平面，所述第二透镜的前表面用于改变入射到所述第二透镜的光线的折射角度，使所述光线重新转换为平行光出射。
10、第二透镜的前表面为曲面,后表面为平面的设计,能够有效改变入射光线的折射角度。具体来说:曲面前表面可以对入射光线进行折射,改变其传播方向;平面后表面可以保持出射光线的平行性;前后表面的组合设计,使得经过第二透镜后的光线能够重新转换为平行光出射。这种设计与第一透镜和第三透镜配合,共同实现了将入射高斯光束整形为微米级方形均匀光斑的目的。第二透镜在整个光路中起到了关键的“矫正”作用,确保了光束在经过第一透镜的调制后能够重新转换为平行光,为后续的聚焦成像提供了良好的光学条件。
11、优选地，所述第三透镜为双凸球面透镜或平凸球面透镜。
12、优选地，所述第一透镜的后表面的形貌的二维矢高和所述第二透镜的前表面的形貌的二维矢高满足以下关系：
13、；
14、；
15、；
16、；
17、；
18、；
19、其中，和分别为第一透镜的后表面和第二透镜的前表面上的被同一光线穿过的点的平面位置坐标，为x轴坐标，为y轴坐标，为所述第一透镜的后表面对应位置的二维矢高，为所述第二透镜的前表面对应位置的二维矢高，为所述第一透镜的后表面在x轴方向上对应位置的一维矢高，为所述第一透镜的后表面在y轴方向上对应位置的一维矢高，为所述第二透镜的前表面在x轴方向上对应位置的一维矢高，为所述第二透镜的前表面在y轴方向上对应位置的一维矢高，为所述第一透镜对入射高斯光束的折射率，为所述第二透镜对入射高斯光束的折射率，s为所述第一透镜的后表面与所述第二透镜的前表面之间的距离，为x轴方向光线转折点坐标，为y轴方向光线转折点坐标。
20、优选地，和满足以下关系：
21、；
22、；
23、其中，为入射高斯光束的束腰半径，为所述第二透镜的前表面对应于x轴方向的sinc函数的最大光强，为所述第二透镜的前表面对应于y轴方向的sinc函数的最大光强，为所述第二透镜的后表面的出射光束在x轴方向的通光孔径半径，为所述第二透镜的后表面的出射光束在y轴方向的通光孔径半径。
24、优选地，所述照射面与所述第三透镜之间的距离可调。
25、优选地，记所述微米级方形均匀光斑的光强不小于所述微米级方形均匀光斑的最大光强的30%的区域为有效光斑区域，所述有效光斑区域的尺寸满足以下条件：
26、；
27、；
28、其中，为所述有效光斑区域在x轴方向的尺寸，为所述有效光斑区域在y轴方向的尺寸，为入射高斯光束的波长，为所述第三透镜的焦距，为所述照射面与所述第三透镜的焦平面的偏离距离。
29、第二方面，本申请提供了一种激光设备，包括激光器和光束整形装置，所述光束整形装置为前文所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，所述激光器用于向所述光束整形装置发射高斯光束，所述光束整形装置用于把所述高斯光束整形为微米级方形均匀光斑。
30、有益效果：本申请提供的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置及激光设备，包括沿一光轴从前到后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和照射面，通过第一透镜对入射高斯光束进行调制，第二透镜将光线转换为平行光，第三透镜聚焦形成微米级方形均匀光斑，从而解决了现有技术中难以获得微米级方形均匀光斑的问题，具有能够获得微米级方形均匀光斑、光能利用率高、成本低的优点。
1.一种用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，包括沿一光轴从前到后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和照射面；
2.根据权利要求1所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，所述第一透镜的前表面为平面，后表面为曲面，所述第一透镜的后表面用于对入射高斯光束的光线角度进行调制。
3.根据权利要求2所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，所述第二透镜的前表面为曲面，后表面为平面，所述第二透镜的前表面用于改变入射到所述第二透镜的光线的折射角度，使所述光线重新转换为平行光出射。
4.根据权利要求1所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，所述第三透镜为双凸球面透镜或平凸球面透镜。
5.根据权利要求3所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，所述第一透镜的后表面的形貌的二维矢高和所述第二透镜的前表面的形貌的二维矢高满足以下关系：
6.根据权利要求5所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，和满足以下关系：
7.根据权利要求6所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，所述照射面与所述第三透镜之间的距离可调。
8.根据权利要求6所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，其特征在于，记所述微米级方形均匀光斑的光强不小于所述微米级方形均匀光斑的最大光强的30%的区域为有效光斑区域，所述有效光斑区域的尺寸满足以下条件：
9.一种激光设备，包括激光器和光束整形装置，其特征在于，所述光束整形装置为权利要求1-8任一项所述的用于获取微米级方形均匀光斑的光束整形装置，所述激光器用于向所述光束整形装置发射高斯光束，所述光束整形装置用于把所述高斯光束整形为微米级方形均匀光斑。
