一種激光器外光路整形裝置的制造方法
【專利摘要】本實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）設置在激光器的一端的激光輸出鏡（7）的旁側且空間濾波器（3）、柱面透鏡（4）和球面透鏡（5）依序設置在激光器上；經激光諧振腔（6）發出的激光束由激光輸出鏡（7）水平輸出后依次經凹圓柱面反射鏡（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），最后經球面透鏡（5）將整形后的激光束輸出。本實用新型實現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
技術領域
[0001]本實用新型涉及光束整形技術領域，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】
[0002]在激光加工和激光應用中，常常需要對激光光束進行整形，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成，兩塊平面電極板水平相對設置，兩塊端面腔鏡相對設置在電極板兩端，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生的射頻電流)激勵激光工作氣體產生輝光放電，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點，是提高射頻激光器輸出功率的重要研發方向，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，因此需要對其進行整形處理，利用光路整形使矩形光束轉換為圓形光束輸出，以滿足激光加工應用的要求。

【發明內容】

[0003]本實用新型的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種能夠將激光器輸出的矩形光束整形為圓形光束而滿足激光加工要求的激光器外光路整形裝置。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案解決的:
[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、平面反射鏡設置在激光器的一端的激光輸出鏡的旁側且空間濾波器、柱面透鏡和球面透鏡依序設置在激光器上;經激光諧振腔發出的激光束由激光輸出鏡水平輸出后依次經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方向成45°角設置。
[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方向成45°角設置，使得激光輸出鏡水平輸出的激光束經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置在激光束的焦點位置。
[0009]所述的空間濾波器上設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形成的張角大于激光束由空間濾波器輸出后的發散角。
[0012]經空間濾波器改善后的激光束自柱面透鏡的柱面側輸入并由柱面透鏡的平面側輸出。
[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側輸出的激光束自球面透鏡的平面側輸入并由球面透鏡的球面側輸出。
[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]本實用新型相比現有技術有如下優點:
[0016]本實用新型通過沿光路依次設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，即通過特定結構排布的光學元器件，實現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換為圓形光束，滿足實際生產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為本實用新型的激光器外光路整形裝置的結構示意圖；
[0018]附圖2為本實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。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。
[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設置在激光器的一端的激光輸出鏡7的旁側且空間濾波器3、柱面透鏡4和球面透鏡5依序設置在激光器上，具體的設置結構為: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方向成45°角設置，平面反射鏡2與凹圓柱面反射鏡I反射出的激光束前進方向成45°角設置，使得激光輸出鏡7水平輸出的激光束經凹圓柱面反射鏡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設置在激光束的焦點位置，同時在空間濾波器3上設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焦點形成的張角大于激光束由空間濾波器3輸出后的發散角，經空間濾波器3改善后的激光束自柱面透鏡4的柱面側輸入并由柱面透鏡4的平面側輸出；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的平面側輸出的激光束自球面透鏡5的平面側輸入并由球面透鏡5的球面側輸出。使用時，經激光諧振腔6發出的激光束由激光輸出鏡7水平輸出后依次經凹圓柱面反射鏡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量后依次入射至柱面透鏡4和球面透鏡5，最后經球面透鏡5將整形后的激光束輸出。這種外光路整形裝置能夠將矩形光束整形為圓形光束，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施例，進一步詳細說明本實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水平設置，激光器運行時激光束由激光輸出鏡7水平輸出，設水平方向為X軸，垂直方向為y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直光束，該光束在傳輸過程中會發散，且光束在y軸方向的發散角遠大于X軸方向的發散角，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與光束前進方向成45°角設置。光束經平面反射鏡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的一側為柱面，另一側為平面，柱面側沿y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的柱面側入射，由平面側射出，然后入射至球面透鏡5，球面透鏡5的一側為球面，其曲率半徑870mm，另一側為平面，光束由平面側入射，由球面側射出，球面透鏡5的作用是使經柱面透鏡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分布有一定的匯聚作用，形成光強分布近似高斯分布的圓形準直光束，便于激光的加工應用。本實用新型已經成功用于250W的射頻板條二氧化碳激光器的外光路整形，獲得質量良好的激光輸出。
[0024]本實用新型通過沿光路依次設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，即通過特定結構排布的光學元器件，實現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換為圓形光束，滿足實際生產中對激光光束形狀的要求，故適宜推廣使用。
[0025]以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內；本實用新型未涉及的技術均可通過現有技術加以實現。
【主權項】
1.一種激光器外光路整形裝置，包括沿光路依次設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)設置在激光器的一端的激光輸出鏡(7)的旁側且空間濾波器(3)、柱面透鏡(4)和球面透鏡(5 )依序設置在激光器上;經激光諧振腔(6 )發出的激光束由激光輸出鏡(7 )水平輸出后依次經凹圓柱面反射鏡(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)，最后經球面透鏡(5)將整形后的激光束輸出。2.根據權利要求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方向成45°角設置。3.根據權利要求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方向成45°角設置，使得激光輸出鏡(7)水平輸出的激光束經凹圓柱面反射鏡(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.根據權利要求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)設置在激光束的焦點位置。5.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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)焦點形成的張角大于激光束由空間濾波器(3)輸出后的發散角。8.根據權利要求6所述的激光器外光路整形裝置，其特征在于:經空間濾波器(3)改善后的激光束自柱面透鏡(4)的柱面側輸入并由柱面透鏡(4)的平面側輸出。9.根據權利要求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)的平面側輸出的激光束自球面透鏡(5)的平面側輸入并由球面透鏡(5 )的球面側輸出。10.根據權利要求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
【發明人】唐友清
【申請人】南京晨銳騰晶激光科技有限公司