一、什么是平顶光束
平顶光束是一种光束(通常是经过变换的激光束)，其强度分布在大部分覆盖区域上是平坦的。这与高斯光束相反，例如，高斯光束的强度从光束轴上的最大值平滑衰减到零。某些激光应用需要这样的光束轮廓。例如，在处理半导体晶片和其他材料的某些技术中，需要在某些区域上保持恒定的强度。此外，在使用平顶光束执行时，非常高功率水平的非线性频率转换可以更有效。
图1：平顶光束轮廓(红色)与高斯(绿色)和超高斯(蓝色)强度轮廓的对比。所有三个光束具有相同的光功率和相同的有效模式面积。
然而，通常情况下，平顶光束轮廓仍然具有一些平滑的边缘，因此可以用超高斯轮廓而不是矩形轮廓来近似它。有序的超高斯强度分布n由以下等式定义：
阶数越高，轮廓的边缘越陡。
平顶光束原则上可以是空间相干的，具有平滑的相位分布。然而，在实践中制造的平顶光束(例如使用某些光束均化器，或来自多模 阶跃折射率光纤)通常在空间上不相干，具有相当复杂的相位分布。在这种情况下，平坦的强度分布只能通过许多光谱分量的叠加来实现，每个光谱分量都可能具有非常结构化的强度分布。
光束质量因数M²超高斯光束作为超高斯阶的函数。
上图显示了光束质量因数M²具有平坦相前的相干超高斯光束作为超高斯阶的函数。我们越接近具有高光束阶数的矩形轮廓，光束质量越差;这M²因子无限制地上升(最终我们离开了可以应用近轴近似的区域)。
二、相干平顶光束的传播
请注意，与高斯光束相比，平顶光束不是自由空间模式。这意味着在自由空间中传播期间，强度分布的形状将发生变化。强度分布的边缘越陡，这种变化发生得越快。下图显示了具有超高斯阶 8 和平坦波前的初始超高斯光束轮廓的模拟示例。
自由空间中初始超高斯光束的演变
三、平顶梁的生成
在许多情况下，平顶光束是通过首先从激光器生成高斯光束，然后使用合适的光学元件转换其强度分布来获得的。有不同种类的光束均化器使用不同的工作原理来进行这种转换;有些是基于衍射光学。不同类型的光束整形器在空间相干或非相干光束轮廓、可用顶帽区域的长度、对输入光束参数的灵敏度等方面可能存在很大差异。
