一种激光光束自动连续变焦扩束的控制方法与流程

本发明涉及激光光束调节，具体涉及一种激光光束自动连续变焦扩束的控制方法。

背景技术：

1、变焦激光扩束器是一种用于连续扩展激光束的直径和减小激光束的发散角的设备，通过改变工作透镜的光学空气间隔，可以实现激光束的连续变倍效果。变焦激光扩束广泛应用于半导体制造的工业激光光源领域，对于降低激光束能量密度，减小器件损耗，扩大激光传输距离，改善光斑能量分布有重要作用。

2、目前深紫外激光扩束器工作形式为：在激光器打开状态下，在光路中手动调节激光器1与透镜2的空气间隔以及透镜2与透镜3的空气间隔，来扩展激光束的直径和减小激光束的发散角，使激光束在经过透镜2和透镜3扩束后出射放大的光斑，如图1所示。深紫外激光属不可见激光，这样的调节方式光斑大小不便于控制，需要在实际操作中多次尝试调整才能调整到需求光斑尺寸，不利于提高光斑大小的尺寸精度，而且光束质量得不到保证，同时激光束可能对人身造成不可逆的伤害。

3、由于目前变焦激光扩束调节工作是机械式手动调节，在扩束工作距离变长超过5m以上时，实际调节过程中需要激光在打开的状态并且不断确认激光经扩束后在光路中的状态变化。激光在打开时，在没有控制和确认激光传播方向时，高能激光辐照可能会对操作人员造成伤害，安全性极低。同时，还需要操作人员在传播光路中不断观察光斑的大小和位置，操作人员需要在实际操作中多次尝试调整才能达到差不多的光斑效果。这样的调节方式大大增加了操作人员的工作难度和人身的危险程度，且工作效率非常低。

技术实现思路

1、针对机械式手动调节激光变焦扩束中存在的问题，本申请提供一种激光光束自动连续变焦扩束的控制方法，该控制方法以自动连续变焦扩束的方式对激光器发射的激光光束进行扩束，替代了操作人员的手动调节，提高了工作效率。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、本发明提供一种激光光束自动连续变焦扩束的控制方法，沿激光器激光光束的传播方向依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜，控制所述第一透镜和/或第二透镜移动，改变所述第一透镜和第二透镜分别与所述第三透镜之间的间距以及改变所述第一透镜和第二透镜之间的间距，以对所述激光器发射的激光光束自动连续变焦扩束，所述控制方法包括步骤：

4、根据预设参数计算第一透镜的目标位置和第二透镜的目标位置；所述预设参数包括：所述激光器发射的激光光斑尺寸、所述第三透镜与目标光学元件之间的目标距离和激光光束照射至目标光学元件上的目标光斑尺寸；

5、基于所述第一透镜的目标位置及其当前位置，控制所述第一透镜移动至第一透镜的目标位置；

6、基于所述第二透镜的目标位置及其当前位置，控制所述第二透镜移动至第二透镜的目标位置。

7、进一步优选地，所述第一透镜和第二透镜呈正交设置，且所述第一透镜、第二透镜和第三透镜构成伽利略扩束。

8、进一步优选地，所述第一透镜和第二透镜分别是弯月形柱面透镜。

9、进一步优选地，所述第一透镜沿x方向设置，以对所述激光器发射的激光光束进行x方向扩束；所述第二透镜沿y方向设置，以对所述激光器发射的激光光束进行y方向扩束。

10、进一步优选地，所述根据预设参数计算所述第一透镜的目标位置，具体为：

11、

12、其中，d1为x方向上激光器发射的激光光斑尺寸，d2为激光光束照射至目标光学元件上的x方向上的目标光斑尺寸，l为第三透镜与目标光学元件之间的目标距离，f1为第一透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。

13、进一步优选地，所述根据预设参数计算所述第二透镜的目标位置，具体为：

14、

15、其中，d3为y方向上激光器发射的激光光斑尺寸，d4为激光光束照射至目标光学元件上的y方向上的目标光斑尺寸，l为第三透镜与目标光学元件之间的目标距离，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。

16、进一步优选地，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的焦距大小关系为：f3>f2>f1。

17、进一步优选地，所述激光器发射的激光光束为矩形激光光束。

18、通过本发明提供的控制方法，能够实现自动控制第一透镜和第二透镜移动，以改变第一透镜和第二透镜分别与第三透镜之间的间距以及改变第一透镜和第二透镜之间的间距，从而实现对激光器发射的激光光束自动连续变焦扩束，提高了工作效率，降低了操作人员的风险；第一透镜和第二透镜呈正交设置，可以实现对激光光束在x、y方向上进行独立的、不同倍率的扩束调节。

技术特征：

1.一种激光光束自动连续变焦扩束的控制方法，其特征在于，沿激光器激光光束的传播方向依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜，控制所述第一透镜和/或第二透镜移动，改变所述第一透镜和第二透镜分别与所述第三透镜之间的间距以及改变所述第一透镜和第二透镜之间的间距，以对所述激光器发射的激光光束自动连续变焦扩束，所述控制方法包括步骤：

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜呈正交设置，且所述第一透镜、第二透镜和第三透镜构成伽利略扩束。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜分别是弯月形柱面透镜。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述第一透镜沿x方向设置，以对所述激光器发射的激光光束进行x方向扩束；所述第二透镜沿y方向设置，以对所述激光器发射的激光光束进行y方向扩束。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据预设参数计算所述第一透镜的目标位置，具体为：

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据预设参数计算所述第二透镜的目标位置，具体为：

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的焦距大小关系为：f3>f2>f1。

8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述激光器发射的激光光束为矩形激光光束。

技术总结
一种激光光束自动连续变焦扩束的控制方法，包括步骤：根据预设参数计算第一透镜的目标位置和第二透镜的目标位置；预设参数包括：激光器发射的激光光斑尺寸、第三透镜与目标光学元件之间的目标距离和激光光束照射至目标光学元件上的目标光斑尺寸；基于第一透镜的目标位置及其当前位置，控制第一透镜移动至第一透镜的目标位置；基于第二透镜的目标位置及其当前位置，控制第二透镜移动至第二透镜的目标位置。能够实现自动控制第一透镜和第二透镜移动，以改变第一透镜和第二透镜分别与第三透镜之间的间距以及改变第一透镜和第二透镜之间的间距，从而实现对激光器发射的激光光束自动连续变焦扩束，提高了工作效率，降低了操作人员的风险。

技术研发人员：宋鑫伟,薛佩佩,刘李,王昌义
受保护的技术使用者：上海镭望光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19