隨著柯勒照明原理的應用日益，人們對光源的要求也日益“大膽"且嚴苛。在激光應用領域，光源能量的高斯分布，也即非均勻能量分布的一種，該非均勻分布的能量，給人們的日常加工，激光應用帶來了諸多不便。以此催生高斯光源勻化的研究需求。

在激光照明、切割和焊接加工等應用領域之中，往往對出射激光的能量均勻性具有一定的要求。而傳統的激光能量強度是高斯分布的。所以，在絕大部分激光應用領域中，光源勻化都是避不開的。目前激光勻化大體分為兩種：一種是衍射性，還有一種是折射性。從工作原理的角度講，衍射性的勻化效果也許優于折射性。但是，由于受到其波長限制的影響，衍射性設備要求比較高，通用性比較差，而且衍射原件表面輪廓容易引起雜散光。相比之下，折射性元件，具有通用性更強，能量損耗較少，工作波段較長的有點。微透鏡屬于折射型光學元件，本文主要介紹常見以微透鏡陣列為核心的激光勻化光路。

常見的微透鏡陣列勻光光路，分為兩種：一種是單陣列型，另一種是雙陣列型。雙陣列勻光對比單透鏡勻光具有更的效果，且雙透鏡勻光光路對入射光的發散角有一定的容差。所以在這兩種光路之中，雙陣列型勻光光路更為常見，也更為好用。下圖便是現在常見的雙陣列透鏡勻光光路。其主要的元件是兩片規格參數相近的兩片微透鏡陣列，以及后方的傅里葉透鏡。

雙微透鏡陣列勻光光路

LA1：微透鏡陣列1 LA2：微透鏡陣列2 FL：菲涅爾透鏡 FP：接收屏面 dn：入射準直光直徑 DPT：勻光大小

fLA1：陣列1的焦距 fLA2：陣列2的焦距 a12：雙陣列間距 S：陣列2與菲涅爾透鏡間距 fFL：菲涅爾透鏡焦距

激光光源經過擴束準直后，平行入射。平行入射的激光束，打在面微透鏡陣列上，經過每個子單元的聚焦，重新形成陣列排布的焦點。可近似地將入射的光束，看成對應于透鏡陣列的光束簇陣列。重新聚焦后的多個小光束相互疊加，基于陣列排布的對稱性，也即出射小光束的對稱性，小光束的不均勻性相互抵消，終在接收屏幕上形成均勻的目標光斑。光斑大小關系如下式所示：（pLA為透鏡陣列的子單元口徑大小）

DFT=pLA·fFL·（fLA1+fLA2-a12）/(fLA1·fLA2)

在上光路所示的條件下，a12=fLA2，上式可以化簡如下：

DFT= pLA·fFL/ fLA2

實際光路應用中，應當注意：

1. LA1與LA2之間的小，以及傅里葉透鏡的焦距大小，均會影響中成像光斑的大小。

2. 準直光束經由陣列1子單元所成在陣列2上的像尺寸大小應當小于陣列2的原尺寸。

3. 由于LA2與FL之間非平行光束的存在，FL的尺寸大小應當適足，避免能量丟失。

4. 理論上，陣列鏡的子單元數量越多，其勻化效果越好。如果不增加透鏡整體面積，縮小子單元的尺寸以提高數量，由于激光的高相干性以及菲涅爾衍射效應的影響，過小的子單元尺寸，反而無法得到較好的勻化效果。

此外，由于傅里葉透鏡的周期性，出射光斑經過透鏡匯聚會，仍然會呈現出周期性的光斑陣列，影響了終微透鏡勻化光斑的效果。（成像光斑的能量頻譜圖如下）

周期性勻化光斑能量分布

所以，為了進一步提高微透鏡激光勻化的質量，可以考慮從打亂成像光斑陣列的周期性排列入手。較為常見且簡便的提高勻化質量的有：采用隨機點陣微透鏡陣列，添加擴散片等。采用隨機點陣微透鏡陣列，可以破壞出射光斑在接收屛面排列的周期性。（效果如下圖）

隨機點陣光斑能量分布

擴散片的使用，則與隨機點陣大不相同。帶擴散片的光路，是在光束入到微透鏡之前，先用擴散片對入射光進行初步的勻化，從而降低其相干性。經過勻化后的光束，再經準直處理，打在雙陣列勻化鏡子，終成像出較好的勻化光斑。（其光路如下圖）

帶擴散片的激光勻化光路

勻化片兩側，是參數相同的聚焦透鏡。激光光源，經準直入射，在個聚焦透鏡上聚焦，而擴散片，恰落在其焦面上。經焦面上的擴散片勻化出射后的光源，再被準直，打在雙陣列勻化光路上。相干性的減小，可以大大的減少接收屏面上子單元成像的小光斑之間的銳利邊緣的產生。

勻化效果對比（左圖：為加擴散片的勻化效果；右圖：擴散片的勻化效果）

將激光光源能量的高斯分布勻化成平頂光，對現代的激光應用而言愈來愈重要，也愈來愈常見。其勻光的多種多樣——勻光片、擴散片、勻光光纖、微透鏡陣列等等。不同的元件，其原理各不相同，但核心仍然是圍繞著其勻光原理是衍射或是折射，以及其勻光效。本文簡單的介紹了應用雙微透鏡陣列的激光勻化，并就其勻化效果以及效果提升上做了對前任研究經驗和的總結。