射频板条CO2激光器条形光束柱面镜整形的自适应系统的制作方法

本发明涉及激光技术领域，特别涉及射频板条co2激光器条形光束柱面镜整形的自适应系统。

背景技术：

针对高功率射频板条co2激光器的外光束整形系统光学元件在加工，装配和实际工作过程中失调导致整形光束传输特性发生变化的问题。整形系统柱面镜失调对整形光束传输特性有更大的影响，对提高射频板条co2激光器光束质量，满足激光切割具有理论意义与实用性。

由于初始输出光束是简单象散光束，非稳和波导方向的光束传输特性不一致，因此整形系统对光束的两个方向分别进行整形。反射式光束整形系统中入射到球面镜和柱面镜的入射角都很小，在实际的整形系统中，采用反射系统。整形光束经过柱面镜后变换成两个方向光束束宽和发散角均近似相等的近基模高斯分布的输出光束。但整形光束的发散角比较大，光束在传输过程中束宽变化较为明显。尺寸在不断变化的光束不能直接用于激光加工系统的配套设计(如激光切割机中的飞行光路等)。理想的整形后光束是束宽在两个方向上近似相等的，同时传输一定距离光束半宽没有明显变化的输出光束，需要对光束进行适应调整。

技术实现要素：

本发明的目的：提供了射频板条co2激光器条形光束柱面镜整形的适应系统。通过柱面镜适应调节，确保输出光束指向性和光斑形状。对射频板条co2激光器光路热畸变导致的整形系统光路偏移和失调进行补偿。

本发明解决其技术问题的解决方案是：射频板条co2激光器条形光束柱面镜整形的自适应系统，包括：反馈模块、输出镜、输出窗口镜、转折镜、第一球面镜、空间滤波器、柱面镜和第二球面镜，激光光束从射频板条co2激光器的平行电极中射出，依次经过输出镜、输出窗口镜、转折镜、第一球面镜、空间滤波器和柱面镜，所述柱面镜将激光光束反射至第二球面镜，第二球面镜将激光光束射出，其中，所述柱面镜设置有带动柱面镜的反射面运动的调节整形系统，所述调节整形系统包括：x轴连杆、y轴连杆、z轴连杆和夹具，所述夹具夹持着柱面镜，以夹具的中心点建立空间直角坐标系，夹具的x轴侧与x轴连杆的一端连接，夹具的y轴侧与y轴连杆的一端连接，夹具的z轴侧与z轴连杆的一端连接，所述x轴连杆的另一端、y轴连杆的另一端和z轴连杆的另一端均固定，所述x轴连杆上设有带动所述x轴连杆沿x轴方向移动的第一微位移驱动器，所述y轴连杆上设有带动所述y轴连杆沿y轴方向移动的第二微位移驱动器，所述z轴连杆上设有带动所述z轴连杆沿z轴方向移动的第三微位移驱动器，所述z轴连杆上还设有带动所述z轴连杆沿其轴线转动的旋转驱动器，所述反馈模块的输出端分别与第一微位移驱动器、第二微位移驱动器、第三微位移驱动器和旋转驱动器连接，所述反馈模块用于对第二球面镜输出的光束进行四象限检测，并根据检测结果控制第一微位移驱动器、第二微位移驱动器、第三微位移驱动器和旋转驱动器，以对输出的光束进行整形准直。

进一步，所述反馈模块包括：四象限光电探测器和plc可编程逻辑控制器，所述四象限光电探测器与plc可编程逻辑控制器的输入端连接，所述plc可编程逻辑控制器的输出端分别与第一微位移驱动器、第二微位移驱动器、第三微位移驱动器和旋转驱动器连接，所述四象限光电探测器用于对第二球面镜输出的光束进行四象限检测，根据光束落入四象限光电探测器的四象限上的位置转换成对应的电压信号，所述plc可编程逻辑控制器接受所述电压信号并控制第一微位移驱动器、第二微位移驱动器、第三微位移驱动器和旋转驱动器。

进一步，所述夹具的z轴侧设有第一复位弹簧组。

进一步，所述夹具的y轴侧设有第二复位弹簧组。

进一步，所述第一微位移驱动器、第二微位移驱动器和第三微位移驱动器均为压电陶瓷微位移器。

本发明的有益效果是：本系统通过柱面镜适应调节，确保输出光束指向性和光斑形状。对射频板条co2激光器光路热畸变导致的整形系统光路偏移和失调进行补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本系统的结构示意图；

图2是调节整形系统的结构示意图；

图3是柱面镜在z轴调整时光束光强分布图，其中，图3(a)为柱面镜往z轴的正方向移动了20mm时整形光束的光强分布，图3(b)为柱面镜往z轴的正方向移动10mm时整形光束的光强分布，图3(c)为柱面镜往z轴的负方向移动10mm时整形光束的光强分布，图3(d)为柱面镜往z轴的负方向移动20mm时整形光束的光强分布；

图4是柱面镜旋转调整时光束光强分布图，其中，图4(a)为不失调时的光斑，图4(b)为柱面镜转动10°时的光斑。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例一，参考图1和图2，射频板条co2激光器条形光束柱面镜711整形的自适应系统，包括：反馈模块(未画出)、输出镜200、输出窗口镜300、转折镜400、第一球面镜500、空间滤波器600、柱面镜711和第二球面镜800，激光光束从射频板条co2激光器的平行电极110中射出，依次经过输出镜200、输出窗口镜300、转折镜400、第一球面镜500、空间滤波器600和柱面镜711，所述柱面镜711将激光光束反射至第二球面镜，第二球面镜800将激光光束射出，其中，所述柱面镜711设置有带动柱面镜711的反射面运动的调节整形系统700，所述调节整形系统700包括：x轴连杆720、y轴连杆730、z轴连杆740和夹具710，所述夹具710夹持着柱面镜711，以夹具710的中心点建立空间直角坐标系，夹具710的x轴侧与x轴连杆720的一端连接，夹具710的y轴侧与y轴连杆730的一端连接，夹具710的z轴侧与z轴连杆740的一端连接，所述x轴连杆720的另一端、y轴连杆730的另一端和z轴连杆740的另一端均固定，所述x轴连杆720上设有带动所述x轴连杆720沿x轴方向移动的第一微位移驱动器721，所述y轴连杆730上设有带动所述y轴连杆730沿y轴方向移动的第二微位移驱动器731，所述z轴连杆740上设有带动所述z轴连杆740沿z轴方向移动的第三微位移驱动器741，所述z轴连杆740上还设有带动所述z轴连杆740沿其轴线转动的旋转驱动器(未画出)，所述反馈模块的输出端分别与第一微位移驱动器721、第二微位移驱动器731、第三微位移驱动器741和旋转驱动器连接，所述反馈模块用于对第二球面镜800输出的光束进行四象限检测，并根据检测结果控制第一微位移驱动器721、第二微位移驱动器731、第三微位移驱动器741和旋转驱动器，以对输出的光束进行整形准直。

当本系统工作时，光束从射频板条co2激光器的平行电极110中射出，通过输出镜200，所述输出镜200将光束反射到输出窗口镜300，光束通过输出窗口镜300到达转折镜400，所述转折镜400将光束转射到第一球面镜500中，第一球面镜500将光束反射通过空间滤波器600并到达柱面镜711，所述柱面镜711将光束反射到第二球面镜800并射出。由于射频板条co2激光器工作工程中因腔镜热畸变，从而引起光路偏移失调，所以在现有技术中，从第二球面镜800中输出的光束存在失调和偏移情况。对此，本系统设有反馈模块(未画出)，所述反馈模块可以探测到第二球面镜800输出的光束的光强分布和偏移情况。

其中，所述反馈模块包括：四象限光电探测器和plc可编程逻辑控制器，所述四象限光电探测器与plc可编程逻辑控制器的输入端连接，所述plc可编程逻辑控制器的输出端分别与第一微位移驱动器721、第二微位移驱动器731、第三微位移驱动器741和旋转驱动器连接，所述四象限光电探测器用于对第二球面镜800输出的光束进行四象限检测，根据光束落入四象限光电探测器的四象限上的位置转换成对应的电压信号，所述plc可编程逻辑控制器接受所述电压信号并控制第一微位移驱动器721、第二微位移驱动器731、第三微位移驱动器741和旋转驱动器。

当四象限光电探测器检测到光束有偏移时，plc可编程逻辑控制器控制第一微位移驱动器721和第二微位移驱动器731移动。比如，当光束往x轴正方向偏移时，plc可编程逻辑控制器则控制第一微位移驱动器721往x轴负方向移动补偿，从而保证光束准直。

参考图3和图4，四象限光电探测器可以探测光束的光强分布，通过光强分布可以得知光束的光斑形状是否发生形变(失调)。当光斑形状发生形变时，可以通过第三微位移驱动器741和旋转驱动器来使得柱面镜711沿着z轴方向移动和沿着z轴连杆740的轴线线转动。参考图3(a)所示是柱面镜711往z轴的正方向移动了20mm时整形光束在4000mm处光强分布。结果表明光强分布发生了明显的变化。光强分布不再是圆形分布，而是椭圆分布。非稳方向的束宽长，波导方向束宽短。当柱面镜711往z轴的正方向移动10mm时，整形光束光强分布见图3(b)。相比轴向位移失调20mm时，两个方向的光束半宽更接近。即非稳方向光束半宽与波导方向的半宽比值减小。柱面镜711向z轴的负方向移动10mm，整形光束光强分布见图3(c)。结果表明非稳方向光束半宽与波导方向的半宽比值相比柱面镜711往z轴的正方向移动时进一步的减小。此时，非稳方向光束宽度短，而波导方向光束宽度长。当柱面镜711向z轴的负方向移动20mm时，非稳方向与波导方向的光束半宽比值更进一步减小(见图3(d))。通过这样可以调整光束光斑的大小。同时，通过旋转驱动器调整柱面镜711的转动角度，也可以对光斑的形状进行调整，参考图4(a)，此为不失调时的光斑，通过旋转柱面镜711即可得到图4(b)所示的旋转失调的光斑，图4(b)为柱面镜711顺时针转动10°时的光斑。由于光路的可逆的，因此，将柱面镜711逆时针转动10°即可得到不失调的光斑。因此，本系统可以通过第三微位移驱动器741和旋转驱动器来对光斑进行整形。

在工业应用中，可以通过本系统对射频板条co2激光器的光束进行调节，当调节完毕后，得到的光束质量好，满足激光切割的要求。本系统通过柱面镜711适应调节，确保输出光束指向性和光斑形状。对射频板条co2激光器光路热畸变导致的整形系统光路偏移和失调进行补偿。

作为优化，所述夹具710的z轴侧设有第一复位弹簧组750。通过第一复位弹簧组750可以便于夹具710在z轴方向的复位。

作为优化，所述夹具710的y轴侧设有第二复位弹簧组760。通过第二复位弹簧组760可以便于夹具710在y轴方向的复位。

作为优化，所述第一微位移驱动器721、第二微位移驱动器731和第三微位移驱动器741均为压电陶瓷微位移器。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。