专利名称：大功率激光加工系统中的光辐射变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于用激光束加工用的器件，特别是属于利用大功率激光加工中的光辐射变换器。它是用于将改变激光光束的形状和激光光束的能量再分布的器件。
大功率激光加工包括激光表面热处理，激光焊接，激光打孔，激光切割，激光刻字等等。随着社会的进步，生产的发展，对大功率激光加工技术不断地提出了新的要求，在某些场合需要不同的形状的激光光斑，或是各种不同的激光束的能量再分布。实现上述目标的技术手段，在现有技术中主要应用非球面透镜或其它异形导向镜，但这些非球面透镜或异形导向镜的加工工艺复杂，成本较高，不容易推广使用。也有使用全息图来改变光束的形状和光束的能量再分布，但全息图也存在着许多缺点，如衍射效率不高，光能损失较大，只能离轴使用，使光学系统的结构复杂化。
本实用新型的目的就是要克服上述非球面透镜、异形导向镜或全息图的缺点，如与非球面透镜相比，减少了加工工艺的复杂性，成本降低，易于推广，再如与全息图相比，大大提高了光学效率，可以同轴使用，使光学系统的结构大为简单等。
本实用新型的另一目的就是要在大功率激光加工中，如激光表面处理，激光焊接，激光切割，激光打孔等可任意地改变激光光束的形状，可任意地使激光的强度再分布，以满足实际生产的需要。
本实用新型为了实现上述发明目的提出了一种工作在大功率激光加工系统中的光辐射变换器，该器件能任意地改变激光光束的形状，也能任意地改变激光光束的能量再分布，以用于激光表面热处理、激光焊接、激光切割、激光打孔等激光热加工处理中。该器件的材料可用一般半导体材料如锗、砷化镓、锡化锌等长波长(波长为10.6微米左右)的透光材料。该器件的结构外形为在长波长的透光材料的基片的一面或两面经过蚀刻产生二个或多个深度等级的矩形台阶或园形台阶分布在其表面上，光通过该器件的台阶形表面构造后形成衍射，由于在其表面存在二个或多个深度等级的台阶，可以产生任意所需要的光波阵面，从而达到改变激光光束的形状或激光光束的强度分布的目的。该器件装置可以由一片或两片类似的器件构成，两片时同轴放置，两片间距离可根据不同的用途和能量分布的要求计算确定。基片表面上的台阶形状和分布是根据不同的用途和要求来设计并蚀刻而成，该器件装置的工作方式可以透射式或反射式。在反射式工作状态可采用由铜、铝、锌、钼、铬等材料，并在其表面镀一层高反射率的金属材料如金、银、铝、铬等。
本实用新型的光国辐射变换器件及其装置的实施例示于附图
中，其中图一(a)、(b)分别表示构成本实用新型的光辐射变换器件的基为矩形台阶分布剖面图；图二(a)、(b)分别表示构成本实用新型的光辐射变换器件的基片；为园形的台阶分布的平剖面图；图三(a)、(b)分别表示1片式和2片式的透射式的光辐射变换器件的工作示意图；图四表示反射式光辐射变换器件的工作示意图；在图3(a)中，1为激光束，2为光辐射变换器；在图3(b)中，为两片光辐射变换器，其中2、3均为变换器的基片；在图四中1、1’分别表示入射和反射激光束，2为光辐射变换器。
实施例1在用激光表面淬火时在加热时间一致性的情况下，为达到淬硬深度的均匀性，以能量分布周边略高于中间的方式长方形光斑最为理想，可采用由波长为10.6微米的砷化镓透光材料制成的基片，在其一表面刻蚀有矩形台阶分布的本实用新型的光辐射变换器，其结果将激光器输出的园形光斑换为长方形光斑，达到予期的加工要求。
实施例2在激光焊接中，要求激光器的输出模式为基模或低阶模，即要求能量分布为高斯型。可采用波长为10.6微米的砷化镓透光材料制成的基片，在其一个表面上刻蚀有园环形台阶分布的本实用新型的光辐射变换器，即可将激光器输出的多模光变换成高斯分布的基模光。
权利要求1.一种大功率激光加工用光辐射变换器件，其特征在于所述器件是由透光的长波长的半导体材料制成的基片，并在其一个表面上经过蚀刻产生有二个或多个深度等级的矩形台阶或园环形台阶状分布构造，使光通过所述台阶状表面形成衍射，以改变光束的形状或能量分布。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于可在所述器件的基片两个平行的表面上均可经蚀刻产生二个或多个深度等级的矩形台阶或园环形台阶状分布构造。
3.如权利要求1所述的器件，其特征在于所述器件可以用两片蚀刻有矩形台阶状分布构造的基片构成。
4.如权利要求1所述的器件，其特征在于所述基片可用锗、砷化镓或锡化锌制成。
5.如权利要求1或4所述的器件，其特征在于所述基片可以采用由钼，铜、铝、锌、铬等材料，并在其表面镀一层高反射率的金属材料如金、银、铬或铝。
6.如权利要求1或4所述的器件，其特征在于所述透光的半导体材料的波长为10.6左右。
专利摘要本实用新型属于用激光束加工系统中的光辐射变换器，该器件由透光的长波长(光波长为10.6微米左右)的半导体材料如锗、砷化镓、锡化锌等制成，在该器件的基片的一面或二面经蚀刻产生二个或多个深度等级的矩形或圆环形台阶分布，该装置可由单片或二片类似的器件基片构成，工作方式为透射式或反射式，在光通过这些不同深度的台阶时改变的光程不同，产生了任意所需要的光波阵面，达到了改变光束形状或光束能量的目的，结构简单，成本低，并有很高的光学效率。
文档编号H01S3/10GK2151479SQ93206009
公开日1993年12月29日 申请日期1993年3月18日 优先权日1993年3月18日
发明者龙品 申请人:龙品