CN103713389B - 激光器及其光斑调节组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光斑调节组件，包括凸面镜、凹面镜、防反射薄膜吸收镜及相位延迟镜。通过凸面镜及凹面镜的反射，可将平行的光束进行扩束，光束的束腰半径扩大。根据激光传输和变换原理，光束的发散角得以减小。相位延迟镜能使激光光束的相位差延迟90度。因此，可将线偏振的激光转化为圆偏振光。圆偏振光可使切缝在各方向保持一致，从而改善切割效果。此外，从金属表面反射的光线为圆偏振光，经过相位延迟镜的反射后得到与原激光光束偏振方向垂直的线偏振光。因此，当反射的光线射向防反射薄膜吸收镜时，光线的偏振方向与第三入射面平行，光线被吸收，进而防止光线反射回谐振腔内，提高激光器的稳定性。此外，本发明还提供一种激光器。

Description

激光器及其光斑调节组件

技术领域

本发明涉及激光技术，特别是涉及一种激光器及其光斑调节组件。

背景技术

激光具有诸多优良特性，因此广泛的应用于切割及焊接。激光器在应用于切割时，为了保证机床前端、中间及末端加工效果的一致，激光束必须在机床的有效行程内保持一致，即要求光斑直径前中后端变化不能超过一定数值。实际从激光器谐振腔产生的光束，具有一定的发散角。即使个别激光器在输出镜的外曲率进行补偿，但是输出光束的瑞利长度依然有限，无法应用到更大幅面的机床。

此外，激光在切割高反射材料如铝、铜以及镜面不锈钢等金属时，在工件表面产生的反射光会通过光路反射回激光器谐振腔。反射回谐振腔的激光光束会打破谐振腔泵浦和输出之间的平衡，并且可能引起腔内聚焦，破坏谐振腔内光学镜片，从而影响激光器的稳定性。

金属切割对切缝宽度的变化和切割断面的粗糙程度要求比较高。而激光器输出的光束通常为线偏振光。因此，线偏振光切割时，切缝的宽度和断面的粗糙度随切割方向的改变而改变，从而使得切割效果不佳。

发明内容

基于此，有必要提供一种能减小激光光束的发散角、有效地保持稳定并改善切割效果的激光器及其光斑调节组件。

一种光斑调节组件，包括：

凸面镜，其凸面为第一反射面；

凹面镜，其凹面为第二反射面，所述凹面镜与所述凸面镜相对设置，且所述第一反射面与所述第二反射面相向设置；

防反射薄膜吸收镜，具有表面为平面的第三反射面，且所述第三反射面与所述第一反射面相向设置，所述防反射薄膜吸收镜可吸收偏振方向与所述第三反射面平行的偏振光；及

相位延迟镜，具有表面为平面的第四反射面，且所述第四反射面与所述第二反射面相向设置，所述相位延迟镜用于将从所述第四反射面入射的线偏振光转化为圆偏振光；

其中，平行的光束经所述第三反射面反射后射向所述第一反射面，平行的光束在第一反射面发生反射，形成发散的光束并射向所述第二反射面，所述发散的光线在所述第二反射面的发生反射，形成平行的光束并射向所述第四反射面。

在其中一个实施例中，所述凸面镜与所述凹面镜平行设置。

在其中一个实施例中，所述第一反射面与所述第二反射面之间的距离，等于所述凸面镜与所述凹面镜的曲率半径之差的一半。

在其中一个实施例中，还包括平面反射镜，所述平面反射镜与所述相位延迟镜相对设置，从所述第四反射面反射的光束射向所述平面反射镜。

一种激光器，包括如上述优选实施例中任一项所述的光斑调节组件，所述光斑调节组件位于所述激光器的谐振腔内，所述防反射薄膜吸收镜与所述谐振腔的输出端相对设置，且从所述谐振器内输出的激光光束的偏振方向与所述第三反射面垂直。

在其中一个实施例中，还包括平面反射镜，所述平面反射镜可转动地设于所述谐振腔内。

与传统的激光器相比，上述激光器及其光斑调节组件具有至少如下优点：

1、通过凸面镜及凹面镜的反射，将平行的光束进行扩束，光束的束腰半径扩大。根据激光传输和变换原理，光参数乘积BPP等于束腰半径与发散角的乘积始终保持不变。因此，增大光束的束腰半径后，光束的发散角得以减小；

2、相位延迟镜能使激光光束的相位差延迟90度。因此，可将线偏振的激光转化为圆偏振光。圆偏振光可卡座相位差为90度的偏振光的叠加，金属切割时，圆偏振的激光束可使切缝在各方向保持一致，从而改善切割效果；

3、从金属表面反射的光线为圆偏振光，经过相位延迟镜的反射后，圆偏振光的相位进一步延迟90度，得到与原激光光束偏振方向垂直的线偏振光。因此，当反射的光线射向防反射薄膜吸收镜时，光线的偏振方向与第三入射面平行，从而光线被吸收，进而防止光线反射回谐振腔内，提高激光器的稳定性。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中光斑调节组件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明较佳实施例中的光斑调节组件100包括凸面镜110、凹面镜120、防反射薄膜吸收镜130、相位延迟镜140及平面反射镜150。

凸面镜110的凸面为第一反射面111。平行的光束射向第一反射面111后，在第一反射面111发生反射，并形成发散的光束。

凹面镜120的凹面为第二反射面121。发散的光束射向第二反射面121后，在第二反射面121发生反射，并使得发散的光束平行。凹面镜120与凸面镜110相对设置，且第一反射面111与第二反射面121相向设置。因此，从第一反射面111反射的发散的光束可射向第二反射面121，并在第二反射面121发生反射，进而将发散的光束重新变成平行的光束。而且，当平行的光束通过凸面镜110与凹面镜120的发散、再准直后，束腰半径增大。

在本实施例中，凸面镜110与凹面镜120平行设置。进一步的，第一反射面111与第二反射面121之间的距离，等于凸面镜110与凹面镜120的曲率半径之差的一半。根据反射远离，第一反射面111与第二反射面121的距离满足上述关系时，经过第二反射面121反射所形成的平行光束，与原平行光束的发散角相同。可以理解，在其他实施例中，第一反射面111与第二反射面121的距离可在误差范围内调整，只要使得发散的光束经第二反射面121反射后，得到发散角在合理范围内的平行光束即可。

防反射薄膜吸收镜130具有表面为平面的第三反射面131，且第三反射面131与第一反射面111相向设置。因此，光束经第三反射面131反射后，可射向第一反射面111。防反射薄膜吸收镜130可吸收偏振方向与第三反射面131平行的偏振光。

相位延迟镜140具有表面为平面的第四反射面141，且第四反射面141与第二反射面121相向设置。因此，经过第二反射面121反射后的平行光束可射向第四反射面141。相位延迟镜140将偏振光的相位延迟92度。因此，相位延迟镜140可将从第四反射面141入射的线偏振光转化为圆偏振光。圆偏振光在任意时刻都可作是相位差90度的偏振光的叠加。经过实际检验，采用圆偏振光对金属切割时，切缝在各个方向均可保持一致，故改善切割效果。

其中，激光器发出的平行光束经第三反射面131反射后，射向第一反射面111；平行的光束在第一反射面111发生反射，形成发散的光束并射向第二反射面121；发散的光线在第二反射面121的发生反射，形成平行的光束并射向第四反射面141。

进一步的，当光线从金属表面反射时，反射的光线为圆偏振光，经过相位延迟镜140的反射后，圆偏振光的相位进一步延迟90度，得到与原激光光束偏振方向垂直的线偏振光。因此，当反射的光线射向防反射薄膜吸收镜130时，由于光线的偏振方向与第三入射面平行，光线被吸收，进而防止光线反射回谐振腔内，提高激光器的稳定性。

平面反射镜150与相位延迟镜140相对设置，从第四反射面141反射的光束射向平面反射镜150。经过光斑调节组件100的光束最终通过平面反射镜150输出，通过设置平面反射镜150的角度，可使光束的输出方向与激光器谐振腔的输出方向一致。可以理解，在其他实施例中，平面反射镜150可省略，而使光束直接经第四反射面141输出。

请再次参阅图1，本发明还提供一种激光器（图未示），激光器包括光斑调节组件100。光斑调节组件100位于激光器的谐振腔内，防反射薄膜吸收镜130与谐振腔的输出端相对设置。因此，可保证光斑调节组件100与激光器有相同的温度变化和振动频率，保证输出后的光路稳定可靠。从谐振器内输出的激光光束的偏振方向与第三反射面131垂直。因此，谐振腔输出的激光束射向第三反射面131时，不会被防反射薄膜吸收镜130。

在本实施例中，平面反射镜150可转动地设于谐振腔内。因此，通过转动平面反射镜150，可改变光束的输出方向，从而提高激光器的灵活性。可以理解，在其他实施例中，平面反射镜150还可固定于谐振腔内。

与传统的激光器相比，激光器及其光斑调节组件100具有至少如下优点：

1、通过凸面镜110及凹面镜120的反射，将平行的光束进行扩束，光束的束腰半径扩大。根据激光传输和变换原理，光参数乘积BPP等于束腰半径与发散角的乘积始终保持不变。因此，增大光束的束腰半径后，光束的发散角得以减小；

2、相位延迟镜140能使激光光束的相位差延迟90度。因此，可将线偏振的激光转化为圆偏振光。圆偏振光可卡座相位差为90度的偏振光的叠加，金属切割时，圆偏振的激光束可使切缝在各方向保持一致，从而改善切割效果；

3、从金属表面反射的光线为圆偏振光，经过相位延迟镜140的反射后，圆偏振光的相位进一步延迟90度，得到与原激光光束偏振方向垂直的线偏振光。因此，当反射的光线射向防反射薄膜吸收镜130时，光线的偏振方向与第三入射面平行，光线被吸收，进而防止光线反射回谐振腔内，提高激光器的稳定性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种光斑调节组件，包括：

凸面镜，其凸面为第一反射面；

凹面镜，其凹面为第二反射面，所述凹面镜与所述凸面镜相对设置，且所述第一反射面与所述第二反射面相向设置；

其特征在于，所述光斑调节组件还包括：

防反射薄膜吸收镜，具有表面为平面的第三反射面，且所述第三反射面与所述第一反射面相向设置，所述防反射薄膜吸收镜可吸收偏振方向与所述第三反射面平行的偏振光；及

相位延迟镜，具有表面为平面的第四反射面，且所述第四反射面与所述第二反射面相向设置，所述相位延迟镜用于将从所述第四反射面入射的线偏振光转化为圆偏振光；

其中，平行的光束经所述第三反射面反射后射向所述第一反射面，平行的光束在第一反射面发生反射，形成发散的光束并射向所述第二反射面，所述发散的光线在所述第二反射面的发生反射，形成平行的光束并射向所述第四反射面。

2.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，所述凸面镜与所述凹面镜平行设置。

3.根据权利要求1或2所述的光斑调节组件，其特征在于，所述第一反射面与所述第二反射面之间的距离，等于所述凸面镜与所述凹面镜的曲率半径之差的一半。

4.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，还包括平面反射镜，所述平面反射镜与所述相位延迟镜相对设置，从所述第四反射面反射的光束射向所述平面反射镜。

5.一种激光器，其特征在于，包括如上述权利要求1～4任一项所述的光斑调节组件，所述光斑调节组件位于所述激光器的谐振腔内，所述防反射薄膜吸收镜与所述谐振腔的输出端相对设置，且从所述谐振器内输出的激光光束的偏振方向与所述第三反射面垂直。

6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，还包括平面反射镜，所述平面反射镜可转动地设于所述谐振腔内。