一种用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构的制作方法

1.本实用新型涉及光束整形技术领域，具体地说是一种能够将激光器输出的矩形光束整形为圆形光束的用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构。


背景技术：

2.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，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，需要对其进行整形处理，利用光路整形技术将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。


技术实现要素：

3.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的用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
5.一种用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构，其特征在于：该光束整形机构包括设置在激光器谐振腔外侧且沿光路依次设置的第一反射镜、第二反射镜、空间滤波器、第三反射镜、第四反射镜和球面透镜，其中第一反射镜用于改变激光器谐振腔的激光输出镜输出的矩形激光束的传输方向、第二反射镜用于压缩矩形激光束的发散角并二次改变激光束的传输方向、空间滤波器用于滤除激光束边缘的旁瓣、第三反射镜用于压缩垂直于其母线方向的激光束发散角并三次改变激光束的传输方向、第四反射镜用于四次改变激光束的传输方向、激光束穿过球面透镜后能够使激光束的形状圆润并形成近似高斯分布的圆形准直光束。
6.所述的第一反射镜和第二反射镜设置在激光器谐振腔端部的激光输出镜的外侧，在激光器谐振腔另一端的外侧设置有第三反射镜、第四反射镜和球面透镜，设置在激光器谐振腔旁侧的空间滤波器位于第二反射镜和第三反射镜之间且邻近第三反射镜；经激光器谐振腔生成的矩形激光束由激光输出镜水平输出后依次经第一反射镜反射、第二反射镜整形反射后，反向水平入射至空间滤波器并由空间滤波器消除激光束边缘的旁瓣后，依次经第三反射镜整形反射、第四反射镜反射后入射至球面透镜，最后经球面透镜将整形后的圆形激光束输出。
7.所述的第一反射镜和第二反射镜位于第一直线上，第二反射镜、空间滤波器、第三反射镜位于第二直线上，第三反射镜和第四反射镜位于第三直线上，且相互平行的第一直线和第三直线均垂直于第二直线；所述的第四反射镜位于球面透镜和激光器谐振腔之间。
8.所述第一反射镜的中轴线相对激光输出镜的中轴线呈45
°
设置、第二反射镜的中轴线相对第一反射镜的中轴线呈90
°
设置且所述第二反射镜的中轴线相对空间滤波器的中轴线呈45
°
设置，使得激光输出镜水平输出的矩形激光束经第一反射镜和第二反射镜两次
反射后的激光束输送方向改变了180
°
；所述第三反射镜的中轴线相对空间滤波器的中轴线呈45
°
设置、第三反射镜的中轴线平行于第四反射镜的中轴线，使得经过空间滤波器的激光束经第三反射镜反射90
°
和第四反射镜反射90
°
后改变了传输路径但未改变传输方向。
9.所述第一反射镜的几何中心与激光输出镜的距离为110mm且第一反射镜的几何中心与第二反射镜的几何中心的距离为86mm、第二反射镜的几何中心与空间滤波器的距离为550mm且空间滤波器与第三反射镜之间的距离为350mm、第三反射镜的几何中心与第四反射镜的几何中心的距离为50mm且第四反射镜的几何中心与球面透镜的几何中心的距离为100mm。
10.所述的空间滤波器设置在激光束的焦点位置，该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激光器谐振腔中的电极板；所述狭缝的宽度为1.2-1.5mm。
11.所述第三反射镜的母线垂直于空间滤波器狭缝的长边。
12.所述的第一反射镜和第四反射镜为平面反射镜，该平面反射镜选用硅基全反镜且镜片表面镀有能提高激光反射率的金膜。
13.所述的第二反射镜采用凹球面反射镜，凹球面反射镜的曲率半径为800mm；所述的第三反射镜采用凹柱面反射镜，凹柱面反射镜的曲率半径为700mm。
14.所述球面透镜的一侧是平面、另一侧是球面，经第四反射镜反射后的激光束，自球面透镜的平面侧输入、球面侧输出。
15.本实用新型相比现有技术有如下优点：
16.本实用新型的光束整形机构通过沿光路依次设置的第一反射镜、第二反射镜、空间滤波器、第三反射镜、第四反射镜和球面透镜，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
17.附图1为本实用新型的用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构的结构示意图。
18.其中：1—第一反射镜；2—第二反射镜；3—空间滤波器；4—第三反射镜；5—第四反射镜；6—球面透镜；7—激光器谐振腔。
具体实施方式
19.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
20.如图1所示：一种用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构，该光束整形机构包括设置在激光器谐振腔7外侧且沿光路依次设置的第一反射镜1、第二反射镜2、空间滤波器3、第三反射镜4、第四反射镜5和球面透镜6，在光路传输和整形方面：平面的第一反射镜1用于改变激光器谐振腔7的激光输出镜输出的矩形激光束的传输方向、凹球面的第二反射镜2用于压缩矩形激光束的发散角并二次改变激光束的传输方向、设置在激光束焦点位置的空间滤波器3用于滤除激光束边缘的旁瓣、凹柱面的第三反射镜4用于压缩垂直于其母线方向的激光束发散角并三次改变激光束的传输方向、平面的第四反射镜5用于四次改变激光束的传输方向、激光束自球面透镜6的平面侧输入并从球面侧输出后能够使激光束的形状圆润并形成近似高斯分布的圆形准直光束；在分布位置方面：第一反射镜1和第二反射镜2设置
在激光器谐振腔7端部的激光输出镜的外侧且第一反射镜1和第二反射镜2位于第一直线上，在激光器谐振腔7另一端的外侧设置有第三反射镜4和第四反射镜5以及球面透镜6且第四反射镜5位于球面透镜6和激光器谐振腔7之间，设置在激光器谐振腔7旁侧的空间滤波器3位于第二反射镜2和第三反射镜4之间且邻近第三反射镜4；第二反射镜2、空间滤波器3、第三反射镜4位于第二直线上，第三反射镜4和第四反射镜5位于第三直线上，且相互平行的第一直线和第三直线均垂直于第二直线；经激光器谐振腔7生成的矩形激光束由激光输出镜水平输出后依次经第一反射镜1反射、第二反射镜2整形反射后，反向水平入射至空间滤波器3并由空间滤波器3消除激光束边缘的旁瓣以改善激光束的质量后，依次经第三反射镜4整形反射、第四反射镜5反射后入射至球面透镜6，最后经球面透镜6将整形后的圆形激光束输出，这种光束整形机构能够将矩形光束整形为圆形光束，满足激光加工要求。
21.进一步的说，第一反射镜1的中轴线相对激光输出镜的中轴线呈45
°
设置、第二反射镜2的中轴线相对第一反射镜1的中轴线呈90
°
设置且所述第二反射镜2的中轴线相对空间滤波器3的中轴线呈45
°
设置，使得激光输出镜水平输出的矩形激光束经第一反射镜1和第二反射镜2两次反射后的激光束输送方向改变了180
°
；所述第三反射镜4的中轴线相对空间滤波器3的中轴线呈45
°
设置、第三反射镜4的中轴线平行于第四反射镜5的中轴线，使得经过空间滤波器3的激光束经第三反射镜4反射90
°
和第四反射镜5反射90
°
后改变了传输路径但未改变传输方向。
22.进一步的说，第一反射镜1的几何中心与激光输出镜的距离为110mm且第一反射镜1的几何中心与第二反射镜2的几何中心的距离为86mm、第二反射镜2的几何中心与空间滤波器3的距离为550mm且空间滤波器3与第三反射镜4之间的距离为350mm、第三反射镜4的几何中心与第四反射镜5的几何中心的距离为50mm且第四反射镜5的几何中心与球面透镜6的几何中心的距离为100mm。
23.从元件选择上，第一反射镜1和第四反射镜5为平面反射镜，该平面反射镜选用硅基全反镜且镜片表面镀有能提高激光反射率的金膜；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激光器谐振腔7中的电极板，狭缝的宽度为1.2-1.5mm；第二反射镜2采用曲率半径为800mm的凹球面反射镜；第三反射镜4采用曲率半径为700mm的凹柱面反射镜，且第三反射镜4的母线垂直于空间滤波器3狭缝的长边。
实施例
24.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用于射频二氧化碳激光器的光束整形机构如何对二氧化碳激光器输出的矩形激光束进行光路整形。
25.如图1所示，射频板条二氧化碳激光器的激光器谐振腔7水平设置，激光器运行时矩形激光束由激光输出镜水平输出，该矩形激光束以45
°
角入射第一反射镜1，第一反射镜1的几何中心与激光输出镜的距离为110mm，第一反射镜1是硅基全反镜，镜片表面镀有能提高激光反射率的金膜，第一反射镜1的作用是将矩形激光束的传输方向偏转90
°
。
26.矩形激光束经第一反射镜1反射后以45
°
角入射第二反射镜2，第一反射镜1的几何中心与第二反射镜2的几何中心的距离为86mm，选用凹球面反射镜作为第二反射镜2的作用是压缩矩形激光束的发散角，第二反射镜2的曲率半径为800mm；第二反射镜2与矩形激光束
的前进方向成45
°
角设置。
27.矩形激光束经第二反射镜2整形反射后、入射至空间滤波器3，空间滤波器3的狭缝宽度为1.2-1.5mm，优选1.3mm，狭缝的长边垂直于激光器谐振腔7中的电极板，空间滤波器3与矩形激光束的前进方向垂直，第二反射镜2的几何中心与空间滤波器3之间的距离为550mm，空间滤波器3滤去矩形激光束的旁瓣，获得质量较好的条状激光束，该条状激光束以45
°
角入射第三反射镜4，空间滤波器3与第三反射镜4的几何中心的距离为350mm，选用凹柱面反射镜作为第三反射镜4的曲率半径为700mm，其母线垂直于空间滤波器狭缝的长边，第三反射镜4的作用是压缩垂直于母线方向的条状激光束发散角。
28.条状激光束经第三反射镜4反射后，以45
°
角入射至第四反射镜5，第四反射镜5是硅基全反镜，镜片表面镀有能提高激光反射率的金膜，第四反射镜5的作用是将激光束的传输方向偏转90
°
。
29.激光束经第四反射镜5反射后，沿水平方向垂直入射球面透镜6，球面透镜6的一侧是平面、另一侧是球面，经第四反射镜5反射后的激光束，自球面透镜6的平面侧输入、球面侧输出，球面透镜6的焦距为1300mm，球面透镜的作用是使光束形状更圆润、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。
30.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。