一種激光器外光路整形裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種激光器外光路整形裝置，包括凹圓柱面反射鏡（1）、平面反射鏡（2）、空間濾波器（3）、柱面透鏡（4）和球面透鏡（5），凹圓柱面反射鏡（1）、平面反射鏡（2）設(shè)置在激光器的一端的激光輸出鏡（7）的旁側(cè)且空間濾波器（3）、柱面透鏡（4）和球面透鏡（5）依序設(shè)置在激光器上；經(jīng)激光諧振腔（6）發(fā)出的激光束由激光輸出鏡（7）水平輸出后依次經(jīng)凹圓柱面反射鏡（1）和平面反射鏡（2）反射后，反向水平入射至空間濾波器（3）并由空間濾波器（3）消除光束邊緣的旁瓣后依次入射至柱面透鏡（4）和球面透鏡（5），最后經(jīng)球面透鏡（5）將整形后的激光束輸出。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了矩形光束向圓形光束的整形，滿足要求。
【專利說明】
一種激光器外光路整形裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及光束整形技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種能夠改變激光光束形狀的激光器外光路整形裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光加工和激光應(yīng)用中，常常需要對激光光束進(jìn)行整形，將光束形狀整形為符合加工要求的光束。例如在射頻板條二氧化碳激光器中，激光諧振腔由兩塊平面電極板即板條電極和兩塊端面腔鏡構(gòu)成，兩塊平面電極板水平相對設(shè)置，兩塊端面腔鏡相對設(shè)置在電極板兩端，端面腔鏡與電極板垂直，兩塊電極板和兩塊端面腔鏡構(gòu)成的諧振腔中填充激光工作氣體。兩塊電極板中的一塊接射頻電源，另一塊接地，激光器運(yùn)行時，接通射頻電源的電極板對接地電極板放電，兩電極板之間的射頻放電(或兩電極板之間放電產(chǎn)生的射頻電流)激勵激光工作氣體產(chǎn)生輝光放電，輝光放電生成的激光通過端面腔鏡來回反射，激光被不斷放大，最后通過設(shè)置在激光器一端的激光輸出鏡完成激光的輸出。因板條電極中可通入循環(huán)冷卻水對其散熱，所以板條電極具有放電面積大和散熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，是提高射頻激光器輸出功率的重要研發(fā)方向，但是因板條激光器中生成激光的諧振腔橫截面為矩形，因此其輸出的激光束也是矩形，矩形激光束不能直接用于激光加工，因此需要對其進(jìn)行整形處理，利用光路整形使矩形光束轉(zhuǎn)換為圓形光束輸出，以滿足激光加工應(yīng)用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種能夠?qū)⒓す馄鬏敵龅木匦喂馐螢閳A形光束而滿足激光加工要求的激光器外光路整形裝置。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案解決的:
[0005]—種激光器外光路整形裝置，包括沿光路依次設(shè)置的凹圓柱面反射鏡、平面反射鏡、空間濾波器、柱面透鏡和球面透鏡，其特征在于:凹圓柱面反射鏡、平面反射鏡設(shè)置在激光器的一端的激光輸出鏡的旁側(cè)且空間濾波器、柱面透鏡和球面透鏡依序設(shè)置在激光器上;經(jīng)激光諧振腔發(fā)出的激光束由激光輸出鏡水平輸出后依次經(jīng)凹圓柱面反射鏡和平面反射鏡反射后，反向水平入射至空間濾波器并由空間濾波器消除光束邊緣的旁瓣后依次入射至柱面透鏡和球面透鏡，最后經(jīng)球面透鏡將整形后的激光束輸出。
[0006]所述凹圓柱面反射鏡的柱面母線方向平行于水平面且凹圓柱面反射鏡與激光輸出鏡水平輸出的激光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置。
[0007]所述的平面反射鏡與凹圓柱面反射鏡反射出的激光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置，使得激光輸出鏡水平輸出的激光束經(jīng)凹圓柱面反射鏡和平面反射鏡兩次反射后的激光束輸送方向改變了 180°。
[0008]所述的空間濾波器設(shè)置在激光束的焦點(diǎn)位置。
[0009]所述的空間濾波器上設(shè)有一條縫寬均勻的狹縫且該狹縫的長邊垂直于水平面。
[0010]所述的柱面透鏡采用柱面平凸鏡且柱面透鏡的母線方向平行于水平面。
[0011]所述柱面透鏡的有效通光口徑與柱面透鏡焦點(diǎn)形成的張角大于激光束由空間濾波器輸出后的發(fā)散角。
[0012]經(jīng)空間濾波器改善后的激光束自柱面透鏡的柱面?zhèn)容斎氩⒂芍嫱哥R的平面?zhèn)容敵觥?br>[0013]所述的球面透鏡采用球面平凸透鏡，且由柱面透鏡的平面?zhèn)容敵龅募す馐郧蛎嫱哥R的平面?zhèn)容斎氩⒂汕蛎嫱哥R的球面?zhèn)容敵觥?br>[0014]所述球面透鏡的有效通光口徑與柱面透鏡的有效通光口徑相等。
[0015]本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]本實(shí)用新型通過沿光路依次設(shè)置的凹圓柱面反射鏡、平面反射鏡、空間濾波器、柱面透鏡和球面透鏡，即通過特定結(jié)構(gòu)排布的光學(xué)元器件，實(shí)現(xiàn)了矩形光束向圓形光束的整形，使得射頻板條二氧化碳激光器輸出的矩形光束能轉(zhuǎn)換為圓形光束，滿足實(shí)際生產(chǎn)中對激光光束形狀的要求，故適宜推廣使用。
【附圖說明】

[0017]附圖1為本實(shí)用新型的激光器外光路整形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]附圖2為本實(shí)用新型的激光器外光路整形裝置的光路傳輸示意圖。
[0019]其中:I一凹圓柱面反射鏡；2—平面反射鏡;3—空間濾波器;4一柱面透鏡;5—球面透鏡;6一激光諧振腔;7一激光輸出鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0021]如圖1-2所示:一種激光器外光路整形裝置，包括沿光路依次設(shè)置的凹圓柱面反射鏡1、平面反射鏡2、空間濾波器3、柱面透鏡4和球面透鏡5，其中凹圓柱面反射鏡1、平面反射鏡2設(shè)置在激光器的一端的激光輸出鏡7的旁側(cè)且空間濾波器3、柱面透鏡4和球面透鏡5依序設(shè)置在激光器上，具體的設(shè)置結(jié)構(gòu)為:凹圓柱面反射鏡I的柱面母線方向平行于水平面且凹圓柱面反射鏡I與激光輸出鏡7水平輸出的激光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置，平面反射鏡2與凹圓柱面反射鏡I反射出的激光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置，使得激光輸出鏡7水平輸出的激光束經(jīng)凹圓柱面反射鏡I和平面反射鏡2兩次反射后的激光束輸送方向改變了 180°;空間濾波器3設(shè)置在激光束的焦點(diǎn)位置，同時在空間濾波器3上設(shè)有一條縫寬均勻的狹縫且該狹縫的長邊垂直于水平面;柱面透鏡4采用柱面平凸鏡且柱面透鏡4的母線方向平行于水平面，柱面透鏡4的有效通光口徑與柱面透鏡4焦點(diǎn)形成的張角大于激光束由空間濾波器3輸出后的發(fā)散角，經(jīng)空間濾波器3改善后的激光束自柱面透鏡4的柱面?zhèn)容斎氩⒂芍嫱哥R4的平面?zhèn)容敵?；而球面透鏡5采用球面平凸透鏡且球面透鏡5的有效通光口徑與柱面透鏡4的有效通光口徑相等，則由柱面透鏡4的平面?zhèn)容敵龅募す馐郧蛎嫱哥R5的平面?zhèn)容斎氩⒂汕蛎嫱哥R5的球面?zhèn)容敵?。使用時，經(jīng)激光諧振腔6發(fā)出的激光束由激光輸出鏡7水平輸出后依次經(jīng)凹圓柱面反射鏡I和平面反射鏡2反射后，反向水平入射至空間濾波器3并由空間濾波器3消除光束邊緣的旁瓣改善激光束的質(zhì)量后依次入射至柱面透鏡4和球面透鏡5，最后經(jīng)球面透鏡5將整形后的激光束輸出。這種外光路整形裝置能夠?qū)⒕匦喂馐螢閳A形光束，滿足激光加工要求。
[0022]下面以射頻板條二氧化碳激光器為光源給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型提供的激光器外光路整形裝置如何對二氧化碳激光束進(jìn)行光路整形。
[0023]如圖1和圖2所示，射頻板條二氧化碳激光器的激光諧振腔6水平設(shè)置，激光器運(yùn)行時激光束由激光輸出鏡7水平輸出，設(shè)水平方向?yàn)閄軸，垂直方向?yàn)閥軸，因板條激光器中諧振腔的橫截面為矩形，且X軸方向的寬度大于y軸方向的高度，所以激光器輸出的矩形激光束X軸方向的寬度大于y軸方向的高度，從激光器中輸出的是非準(zhǔn)直光束，該光束在傳輸過程中會發(fā)散，且光束在y軸方向的發(fā)散角遠(yuǎn)大于X軸方向的發(fā)散角，傳輸過程中該光束y軸方向的高度會迅速增長，X軸方向的寬度增長較慢。光束由激光輸出鏡7輸出后經(jīng)過一段距離的傳輸入射至凹圓柱面反射鏡I，此時光束y軸方向的高度大于X軸方向的寬度，該光束以45°角入射凹圓柱面反射鏡I，凹圓柱面反射鏡I幾何中心與激光輸出鏡7的距離為47mm，凹圓柱面反射鏡I的作用是壓縮光束在y軸方向的高度，凹圓柱面反射鏡I在y軸方向的曲率半徑為785mm，其母線平行于x軸。光束經(jīng)凹圓柱面反射鏡I反射后以45°角入射平面反射鏡2，凹圓柱面反射鏡I幾何中心與平面反射鏡2幾何中心的距離為57.5mm，平面反射鏡2是硅基全反鏡，鏡片表面鍍有能提高激光反射率的金膜，平面反射鏡2與光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置。光束經(jīng)平面反射鏡2反射后，入射至空間濾波器3，空間濾波器3的狹縫寬度為1mm，狹縫的長邊平行于y軸方向，空間濾波器3與光束的前進(jìn)方向垂直，平面反射鏡2幾何中心與空間濾波器3之間的距離為153mm，空間濾波器3濾去光束的旁瓣，獲得質(zhì)量較好的條狀光束，該光束沿水平方向垂直入射柱面透鏡4，空間濾波器3與柱面透鏡4的距離為227_，柱面透鏡4的作用是沿y軸方向壓縮匯聚光束，柱面透鏡4的一側(cè)為柱面，另一側(cè)為平面，柱面?zhèn)妊貀軸方向的曲率半徑為690mm，其母線平行于X軸，光束由柱面透鏡4的柱面?zhèn)热肷?，由平面?zhèn)壬涑?，然后入射至球面透鏡5，球面透鏡5的一側(cè)為球面，其曲率半徑870mm，另一側(cè)為平面，光束由平面?zhèn)热肷洌汕蛎鎮(zhèn)壬涑?，球面透鏡5的作用是使經(jīng)柱面透鏡4壓縮整形后的光束形狀更圓潤，且對光束在徑向上的光強(qiáng)分布有一定的匯聚作用，形成光強(qiáng)分布近似高斯分布的圓形準(zhǔn)直光束，便于激光的加工應(yīng)用。本實(shí)用新型已經(jīng)成功用于250W的射頻板條二氧化碳激光器的外光路整形，獲得質(zhì)量良好的激光輸出。
[0024]本實(shí)用新型通過沿光路依次設(shè)置的凹圓柱面反射鏡1、平面反射鏡2、空間濾波器
3、柱面透鏡4和球面透鏡5，即通過特定結(jié)構(gòu)排布的光學(xué)元器件，實(shí)現(xiàn)了矩形光束向圓形光束的整形，使得射頻板條二氧化碳激光器輸出的矩形光束能轉(zhuǎn)換為圓形光束，滿足實(shí)際生產(chǎn)中對激光光束形狀的要求，故適宜推廣使用。
[0025]以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)；本實(shí)用新型未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光器外光路整形裝置，包括沿光路依次設(shè)置的凹圓柱面反射鏡(I)、平面反射鏡(2)、空間濾波器(3)、柱面透鏡(4)和球面透鏡(5)，其特征在于:凹圓柱面反射鏡(1)、平面反射鏡(2)設(shè)置在激光器的一端的激光輸出鏡(7)的旁側(cè)且空間濾波器(3)、柱面透鏡(4)和球面透鏡(5 )依序設(shè)置在激光器上;經(jīng)激光諧振腔(6 )發(fā)出的激光束由激光輸出鏡(7 )水平輸出后依次經(jīng)凹圓柱面反射鏡(I)和平面反射鏡(2)反射后，反向水平入射至空間濾波器(3)并由空間濾波器(3)消除光束邊緣的旁瓣后依次入射至柱面透鏡(4)和球面透鏡(5)，最后經(jīng)球面透鏡(5)將整形后的激光束輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述凹圓柱面反射鏡(1)的柱面母線方向平行于水平面且凹圓柱面反射鏡(I)與激光輸出鏡(7)水平輸出的激光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述的平面反射鏡(2)與凹圓柱面反射鏡(I)反射出的激光束前進(jìn)方向成45°角設(shè)置，使得激光輸出鏡(7)水平輸出的激光束經(jīng)凹圓柱面反射鏡(I)和平面反射鏡(2)兩次反射后的激光束輸送方向改變了180。ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述的空間濾波器(3)設(shè)置在激光束的焦點(diǎn)位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述的空間濾波器(3)上設(shè)有一條縫寬均勻的狹縫且該狹縫的長邊垂直于水平面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述的柱面透鏡(4)采用柱面平凸鏡且柱面透鏡(4)的母線方向平行于水平面。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述柱面透鏡(4)的有效通光口徑與柱面透鏡(4)焦點(diǎn)形成的張角大于激光束由空間濾波器(3)輸出后的發(fā)散角。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:經(jīng)空間濾波器(3)改善后的激光束自柱面透鏡(4)的柱面?zhèn)容斎氩⒂芍嫱哥R(4)的平面?zhèn)容敵觥?.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述的球面透鏡(5)采用球面平凸透鏡，且由柱面透鏡(4)的平面?zhèn)容敵龅募す馐郧蛎嫱哥R(5)的平面?zhèn)容斎氩⒂汕蛎嫱哥R(5 )的球面?zhèn)容敵觥?0.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:所述球面透鏡(5)的有效通光口徑與柱面透鏡(4)的有效通光口徑相等。
【文檔編號】G02B27/09GK205691871SQ201620598246
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月20日 公開號201620598246.8, CN 201620598246, CN 205691871 U, CN 205691871U, CN-U-205691871, CN201620598246, CN201620598246.8, CN205691871 U, CN205691871U
【發(fā)明人】唐友清
【申請人】南京晨銳騰晶激光科技有限公司