一种激光器外光路整形装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光器外光路整形装置，包括凹圆柱面反射镜（1）、平面反射镜（2）、空间滤波器（3）、柱面透镜（4）和球面透镜（5），凹圆柱面反射镜（1）、平面反射镜（2）设置在激光器的一端的激光输出镜（7）的旁侧且空间滤波器（3）、柱面透镜（4）和球面透镜（5）依序设置在激光器上；经激光谐振腔（6）发出的激光束由激光输出镜（7）水平输出后依次经凹圆柱面反射镜（1）和平面反射镜（2）反射后，反向水平入射至空间滤波器（3）并由空间滤波器（3）消除光束边缘的旁瓣后依次入射至柱面透镜（4）和球面透镜（5），最后经球面透镜（5）将整形后的激光束输出。本实用新型实现了矩形光束向圆形光束的整形，满足要求。
【专利说明】
一种激光器外光路整形装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及光束整形技术领域，具体地说是一种能够改变激光光束形状的激光器外光路整形装置。
【背景技术】
[0002]在激光加工和激光应用中，常常需要对激光光束进行整形，将光束形状整形为符合加工要求的光束。例如在射频板条二氧化碳激光器中，激光谐振腔由两块平面电极板即板条电极和两块端面腔镜构成，两块平面电极板水平相对设置，两块端面腔镜相对设置在电极板两端，端面腔镜与电极板垂直，两块电极板和两块端面腔镜构成的谐振腔中填充激光工作气体。两块电极板中的一块接射频电源，另一块接地，激光器运行时，接通射频电源的电极板对接地电极板放电，两电极板之间的射频放电(或两电极板之间放电产生的射频电流)激励激光工作气体产生辉光放电，辉光放电生成的激光通过端面腔镜来回反射，激光被不断放大，最后通过设置在激光器一端的激光输出镜完成激光的输出。因板条电极中可通入循环冷却水对其散热，所以板条电极具有放电面积大和散热效果好等优点，是提高射频激光器输出功率的重要研发方向，但是因板条激光器中生成激光的谐振腔横截面为矩形，因此其输出的激光束也是矩形，矩形激光束不能直接用于激光加工，因此需要对其进行整形处理，利用光路整形使矩形光束转换为圆形光束输出，以满足激光加工应用的要求。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够将激光器输出的矩形光束整形为圆形光束而满足激光加工要求的激光器外光路整形装置。
[0004]本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的:
[0005]—种激光器外光路整形装置，包括沿光路依次设置的凹圆柱面反射镜、平面反射镜、空间滤波器、柱面透镜和球面透镜，其特征在于:凹圆柱面反射镜、平面反射镜设置在激光器的一端的激光输出镜的旁侧且空间滤波器、柱面透镜和球面透镜依序设置在激光器上;经激光谐振腔发出的激光束由激光输出镜水平输出后依次经凹圆柱面反射镜和平面反射镜反射后，反向水平入射至空间滤波器并由空间滤波器消除光束边缘的旁瓣后依次入射至柱面透镜和球面透镜，最后经球面透镜将整形后的激光束输出。
[0006]所述凹圆柱面反射镜的柱面母线方向平行于水平面且凹圆柱面反射镜与激光输出镜水平输出的激光束前进方向成45°角设置。
[0007]所述的平面反射镜与凹圆柱面反射镜反射出的激光束前进方向成45°角设置，使得激光输出镜水平输出的激光束经凹圆柱面反射镜和平面反射镜两次反射后的激光束输送方向改变了 180°。
[0008]所述的空间滤波器设置在激光束的焦点位置。
[0009]所述的空间滤波器上设有一条缝宽均匀的狭缝且该狭缝的长边垂直于水平面。
[0010]所述的柱面透镜采用柱面平凸镜且柱面透镜的母线方向平行于水平面。
[0011]所述柱面透镜的有效通光口径与柱面透镜焦点形成的张角大于激光束由空间滤波器输出后的发散角。
[0012]经空间滤波器改善后的激光束自柱面透镜的柱面侧输入并由柱面透镜的平面侧输出。
[0013]所述的球面透镜采用球面平凸透镜，且由柱面透镜的平面侧输出的激光束自球面透镜的平面侧输入并由球面透镜的球面侧输出。
[0014]所述球面透镜的有效通光口径与柱面透镜的有效通光口径相等。
[0015]本实用新型相比现有技术有如下优点:
[0016]本实用新型通过沿光路依次设置的凹圆柱面反射镜、平面反射镜、空间滤波器、柱面透镜和球面透镜，即通过特定结构排布的光学元器件，实现了矩形光束向圆形光束的整形，使得射频板条二氧化碳激光器输出的矩形光束能转换为圆形光束，满足实际生产中对激光光束形状的要求，故适宜推广使用。
【附图说明】
[0017]附图1为本实用新型的激光器外光路整形装置的结构示意图；
[0018]附图2为本实用新型的激光器外光路整形装置的光路传输示意图。
[0019]其中:I一凹圆柱面反射镜；2—平面反射镜;3—空间滤波器;4一柱面透镜;5—球面透镜;6一激光谐振腔;7一激光输出镜。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0021]如图1-2所示:一种激光器外光路整形装置，包括沿光路依次设置的凹圆柱面反射镜1、平面反射镜2、空间滤波器3、柱面透镜4和球面透镜5，其中凹圆柱面反射镜1、平面反射镜2设置在激光器的一端的激光输出镜7的旁侧且空间滤波器3、柱面透镜4和球面透镜5依序设置在激光器上，具体的设置结构为:凹圆柱面反射镜I的柱面母线方向平行于水平面且凹圆柱面反射镜I与激光输出镜7水平输出的激光束前进方向成45°角设置，平面反射镜2与凹圆柱面反射镜I反射出的激光束前进方向成45°角设置，使得激光输出镜7水平输出的激光束经凹圆柱面反射镜I和平面反射镜2两次反射后的激光束输送方向改变了 180°;空间滤波器3设置在激光束的焦点位置，同时在空间滤波器3上设有一条缝宽均匀的狭缝且该狭缝的长边垂直于水平面;柱面透镜4采用柱面平凸镜且柱面透镜4的母线方向平行于水平面，柱面透镜4的有效通光口径与柱面透镜4焦点形成的张角大于激光束由空间滤波器3输出后的发散角，经空间滤波器3改善后的激光束自柱面透镜4的柱面侧输入并由柱面透镜4的平面侧输出；而球面透镜5采用球面平凸透镜且球面透镜5的有效通光口径与柱面透镜4的有效通光口径相等，则由柱面透镜4的平面侧输出的激光束自球面透镜5的平面侧输入并由球面透镜5的球面侧输出。使用时，经激光谐振腔6发出的激光束由激光输出镜7水平输出后依次经凹圆柱面反射镜I和平面反射镜2反射后，反向水平入射至空间滤波器3并由空间滤波器3消除光束边缘的旁瓣改善激光束的质量后依次入射至柱面透镜4和球面透镜5，最后经球面透镜5将整形后的激光束输出。这种外光路整形装置能够将矩形光束整形为圆形光束，满足激光加工要求。
[0022]下面以射频板条二氧化碳激光器为光源给出具体实施例，进一步详细说明本实用新型提供的激光器外光路整形装置如何对二氧化碳激光束进行光路整形。
[0023]如图1和图2所示，射频板条二氧化碳激光器的激光谐振腔6水平设置，激光器运行时激光束由激光输出镜7水平输出，设水平方向为X轴，垂直方向为y轴，因板条激光器中谐振腔的横截面为矩形，且X轴方向的宽度大于y轴方向的高度，所以激光器输出的矩形激光束X轴方向的宽度大于y轴方向的高度，从激光器中输出的是非准直光束，该光束在传输过程中会发散，且光束在y轴方向的发散角远大于X轴方向的发散角，传输过程中该光束y轴方向的高度会迅速增长，X轴方向的宽度增长较慢。光束由激光输出镜7输出后经过一段距离的传输入射至凹圆柱面反射镜I，此时光束y轴方向的高度大于X轴方向的宽度，该光束以45°角入射凹圆柱面反射镜I，凹圆柱面反射镜I几何中心与激光输出镜7的距离为47mm，凹圆柱面反射镜I的作用是压缩光束在y轴方向的高度，凹圆柱面反射镜I在y轴方向的曲率半径为785mm，其母线平行于x轴。光束经凹圆柱面反射镜I反射后以45°角入射平面反射镜2，凹圆柱面反射镜I几何中心与平面反射镜2几何中心的距离为57.5mm，平面反射镜2是硅基全反镜，镜片表面镀有能提高激光反射率的金膜，平面反射镜2与光束前进方向成45°角设置。光束经平面反射镜2反射后，入射至空间滤波器3，空间滤波器3的狭缝宽度为1mm，狭缝的长边平行于y轴方向，空间滤波器3与光束的前进方向垂直，平面反射镜2几何中心与空间滤波器3之间的距离为153mm，空间滤波器3滤去光束的旁瓣，获得质量较好的条状光束，该光束沿水平方向垂直入射柱面透镜4，空间滤波器3与柱面透镜4的距离为227_，柱面透镜4的作用是沿y轴方向压缩汇聚光束，柱面透镜4的一侧为柱面，另一侧为平面，柱面侧沿y轴方向的曲率半径为690mm，其母线平行于X轴，光束由柱面透镜4的柱面侧入射，由平面侧射出，然后入射至球面透镜5，球面透镜5的一侧为球面，其曲率半径870mm，另一侧为平面，光束由平面侧入射，由球面侧射出，球面透镜5的作用是使经柱面透镜4压缩整形后的光束形状更圆润，且对光束在径向上的光强分布有一定的汇聚作用，形成光强分布近似高斯分布的圆形准直光束，便于激光的加工应用。本实用新型已经成功用于250W的射频板条二氧化碳激光器的外光路整形，获得质量良好的激光输出。
[0024]本实用新型通过沿光路依次设置的凹圆柱面反射镜1、平面反射镜2、空间滤波器
3、柱面透镜4和球面透镜5，即通过特定结构排布的光学元器件，实现了矩形光束向圆形光束的整形，使得射频板条二氧化碳激光器输出的矩形光束能转换为圆形光束，满足实际生产中对激光光束形状的要求，故适宜推广使用。
[0025]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种激光器外光路整形装置，包括沿光路依次设置的凹圆柱面反射镜(I)、平面反射镜(2)、空间滤波器(3)、柱面透镜(4)和球面透镜(5)，其特征在于:凹圆柱面反射镜(1)、平面反射镜(2)设置在激光器的一端的激光输出镜(7)的旁侧且空间滤波器(3)、柱面透镜(4)和球面透镜(5 )依序设置在激光器上;经激光谐振腔(6 )发出的激光束由激光输出镜(7 )水平输出后依次经凹圆柱面反射镜(I)和平面反射镜(2)反射后，反向水平入射至空间滤波器(3)并由空间滤波器(3)消除光束边缘的旁瓣后依次入射至柱面透镜(4)和球面透镜(5)，最后经球面透镜(5)将整形后的激光束输出。2.根据权利要求1所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述凹圆柱面反射镜(1)的柱面母线方向平行于水平面且凹圆柱面反射镜(I)与激光输出镜(7)水平输出的激光束前进方向成45°角设置。3.根据权利要求1或2所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述的平面反射镜(2)与凹圆柱面反射镜(I)反射出的激光束前进方向成45°角设置，使得激光输出镜(7)水平输出的激光束经凹圆柱面反射镜(I)和平面反射镜(2)两次反射后的激光束输送方向改变了180。ο4.根据权利要求1所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述的空间滤波器(3)设置在激光束的焦点位置。5.根据权利要求1或4所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述的空间滤波器(3)上设有一条缝宽均匀的狭缝且该狭缝的长边垂直于水平面。6.根据权利要求1所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述的柱面透镜(4)采用柱面平凸镜且柱面透镜(4)的母线方向平行于水平面。7.根据权利要求1或6所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述柱面透镜(4)的有效通光口径与柱面透镜(4)焦点形成的张角大于激光束由空间滤波器(3)输出后的发散角。8.根据权利要求6所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:经空间滤波器(3)改善后的激光束自柱面透镜(4)的柱面侧输入并由柱面透镜(4)的平面侧输出。9.根据权利要求1或8所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述的球面透镜(5)采用球面平凸透镜，且由柱面透镜(4)的平面侧输出的激光束自球面透镜(5)的平面侧输入并由球面透镜(5 )的球面侧输出。10.根据权利要求9所述的激光器外光路整形装置，其特征在于:所述球面透镜(5)的有效通光口径与柱面透镜(4)的有效通光口径相等。
【文档编号】G02B27/09GK205691871SQ201620598246
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月20日 公开号201620598246.8, CN 201620598246, CN 205691871 U, CN 205691871U, CN-U-205691871, CN201620598246, CN201620598246.8, CN205691871 U, CN205691871U
【发明人】唐友清
【申请人】南京晨锐腾晶激光科技有限公司