一种激光器光路整形系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及CO2射频激光器设备技术领域，具体涉及一种激光器光路整形系统。
【背景技术】
[0002]射频板条CO2激光器具有结构紧凑、光束质量好、利于维护等优点，被广泛的应用在中厚板切割和焊接领域，而目前射频板条CO2激光器的商业化产品只有德国一家公司提供，形成了技术垄断，制约我国相关产业的发展。因此实现射频板条CO2激光器的国产化尤为重要。射频板条CO2激光器的关键技术包括大面积射频放电、非稳波导混合腔设计、真空系统、电极极板镇膜和光束整形技术。而其中光束整形技术是射频板条CO2激光器获得高光束质量激光输出的一个重要手段。
[0003]非稳波导混合腔输出光束非稳方向与波导方向的传输特性不一样，无法直接用于工业生产，需要外光路整形系统对输出光束进行整形。Nowack等人首先引入双柱面镜整形系统对正支腔射频板条0)2激光器进行整形。两个柱面镜对波导方向的光束进行扩束准直，整形后的光束两个方向上的光束半宽与发散角基本一致。这种整形系统结构简单、易于安装，一直到现在还广泛的用在气体和固体板条激光器中。但是其远场分布不是近基模高斯分布，在非稳方向上存在旁辦。这会导致光束在非稳方向的光束质量不如波导方向的光束质量好。双柱面镜整形系统没有提升输出光束的光束质量。如果加工的精度与质量对激光光束质量要求比较高，这种带有旁瓣的光束显然是不合适的。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种激光器光路整形系统，从而克服目前市场CO2射频激光器光路系统的不足，实现对光路的整形，能很好的消除光束的旁瓣，从而提高加工精度。
[0005]本实用新型通过以下技术方案实现:
[0006]—种激光器光路整形系统，其特征在于:包括激光器腔体(9)、整形腔体(10);所述激光器腔体(9)包括激光发生电极(1)、谐振腔输出镜(2)以及窗口镜(3);所述整形腔
(10)包括平面反射镜(4)、球面聚焦镜(5)、空间滤波器(6)、柱面镜(7)以及球面准直镜(8)构成；所述激光器腔体(9)内激光发生电极(I)产生的激光束依次通过其内设置的谐振腔输出镜(2)、窗口镜(3)进入整形腔(10)，激光束进入整形腔(10)依次通过平面反射镜(4)、球面聚焦镜(5 )、空间滤波器(6 )、柱面镜(7 )以及球面准直镜(8 )进行整形。
[0007]本发明进一步技术改进方案是:
[0008]所述窗口镜(3)采用金刚石材料制成。
[0009]本发明与现有技术相比，具有以下明显优点:
[0010]本实用新型下面是激光器的腔体，腔体上方是整形腔，激光由激光器腔体中的板条电极激发产生，经过激光腔输出到整形腔，经过整形腔整形后产生满足相关要求的激光束，整形后的光束在传输8000mm的距离内两个方向上的束宽非常接近。两个方向上光束半宽差值一直保持在0.1mm以内。同时，在8000mm的传输距离内光束半宽变化小，其最大值与最小值相差不超过0.6_。可以认为整形后的光束在8000_的范围内是准直光束，而8000mm的范围能够满足绝大多数激光加工系统的需要。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型系统结构框图；
[0012]图2为本实用新型空间滤波器结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1、2所示，本实用新型包括激光器腔体9、整形腔体10 ;所述激光器腔体9包括激光发生电极1、谐振腔输出镜2以及窗口镜3 ;所述整形腔10包括平面反射镜4、球面聚焦镜5、空间滤波器6、柱面镜7以及球面准直镜8构成；所述激光器腔体9内激光发生电极I产生的激光束依次通过其内设置的谐振腔输出镜2、窗口镜3进入整形腔10，激光束进入整形腔10依次通过平面反射镜4、球面聚焦镜5、空间滤波器6、柱面镜7以及球面准直镜8进行整形，所述窗口镜3采用金刚石材料制成。
[0014]激光发生电极I为CO2激光器的上下电极，在射频激励信号加入后，将产生初始10.6um激光输出；
[0015]谐振腔输出镜2为输出镜，激光器腔体9内的光束首先经过输出镜反射90°后经过窗口镜3输出到腔外；
[0016]窗口镜3选用金刚石窗口制成，金刚石窗口相比其他类型的窗口镜而言，主要具有两个优点:一、金刚石的机械强度高。在射频板条0)2激光器中，光强内的气压通常不高于20kPa，因为过高的腔压会造成平板电极间无法均匀起辉放电，远远低于大气压强。这就要求窗口镜3能够承受光腔内外的压强差而不变形。窗口镜3发生形变会造成输出光束传输特性的不确定性，选用金刚石作为窗口镜3可以在保证强度的同时，厚度更薄；二、金刚石窗口镜的导热性好，导热性好意味着得到更高的输出功率的同时具有更小的热效应。
[0017]平面反射镜4表示一个转折镜，它的主要作用是改变光束的传输方向，输出光束通过窗口镜3后面的转折镜使光束偏转并以比较小的入射角，研究中为了保持光束传输过程中的近轴近似，通常将这个入射角保持在3°左右射入球面聚焦镜5。
[0018]球面聚焦镜5表不一个球面镜，研究发现输出光束在非稳方向上具有大量的高空间频率振荡，会导致输出光束在远场分布中存在旁瓣，球面聚焦镜5主要有两个作用:一、对输出光束的非稳方向进行聚焦，而球面镜的作用就是对未整形光束非稳方向进行聚焦，在球面镜焦平面处得到聚焦光束的远场分布，实现光束低频与高频部分在焦平面上分离，便于后续旁瓣的消除；二、对输出光束的波导方向进行准直。在设计的过程中，球面镜的曲率半径根据光腔的具体参数有所变化。
[0019]空间滤波器6为共焦点的凸透镜组在其焦点位置放置针孔构成，空间滤波器6是整形系统中的核心元件。通过空间滤波器6消除了输出光束中的旁瓣，改善了输出光束非稳方向的光束质量。空间滤波器狭缝的长度设计为30_，对波导方向的输出光束没有影响。
[0020]柱面镜7具有两个作用:一、通过设计柱面镜的曲率半径控制输出光束非稳方向的发散角。输出光束经过空间滤波器6后，波导方向的光束发散角没有任何的变化。但非稳方向的光束由于受到空间滤波器6的截断，其传输特性发生了变化，发散角与光束束宽都需要重新考虑。通过设计柱面镜的参数，可以使得输出光束在两个方向上的发散角相等，使输出光束由象散光束变为非象散光束；二、通过设计柱面镜7在光路上的位置来控制输出光束两个方向的束宽。为了达到整形的目的，设计柱柱面镜7的指导原则是:通过柱面镜7后的光束在两个方向上发散角相等，光束束宽相等。
[0021]球面准直镜8为整形腔10中最后一个球面镜，最后一个球面镜的作用是对输出光束进行准直，通过调整球面镜的曲率半径与放置位置，可以对整形光束的束腰位置进行调整。
[0022]本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种激光器光路整形系统，其特征在于:包括激光器腔体(9)、整形腔体(10);所述激光器腔体(9 )包括激光发生电极(I)、谐振腔输出镜(2 )以及窗口镜(3 );所述整形腔(10 )包括平面反射镜(4)、球面聚焦镜(5)、空间滤波器(6)、柱面镜(7)以及球面准直镜(8)构成；所述激光器腔体(9)内激光发生电极(I)产生的激光束依次通过其内设置的谐振腔输出镜(2)、窗口镜(3)进入整形腔(10)，激光束进入整形腔(10)依次通过平面反射镜(4)、球面聚焦镜(5 )、空间滤波器(6 )、柱面镜(7 )以及球面准直镜(8 )进行整形。2.根据权利要求1所述的一种激光器光路整形系统，其特征在于:所述窗口镜(3)采用金刚石材料制成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光器光路整形系统，其特征在于：包括激光器腔体、整形腔体；所述激光器腔体包括激光发生电极、谐振腔输出镜以及窗口镜；所述整形腔包括平面反射镜、球面聚焦镜、空间滤波器、柱面镜以及球面准直镜构成；所述激光器腔体内激光发生电极产生的激光束依次通过其内设置的谐振腔输出镜、窗口镜进入整形腔，激光束进入整形腔依次通过平面反射镜、球面聚焦镜、空间滤波器、柱面镜以及球面准直镜进行整形；本实用新型的目的是提供一种激光器光路整形系统，从而克服目前市场CO2激光器光路系统的不足，实现对光路的整形，能很好的消除光束的旁瓣，从而提高加工精度。
【IPC分类】G02B27/09
【公开号】CN204832691
【申请号】CN201520644846
【发明人】冯小勤, 魏东旭, 冯小飞, 边心田, 孙红兵
【申请人】淮阴师范学院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月25日