CN105328330A - 一种co2激光器及其外光路传输方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统，所述外光路传输系统包括光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的、径向截面为椭圆的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。即，光斑为椭圆的激光束通过棱镜后，其长轴被压缩，变为圆形的光斑，提高了激光束的一致性，使CO2激光器切割材料时，切割的效果一致。

Description

一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统。

背景技术

激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业（例如汽车、电子行业等）已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

激光切割是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。随着激光切割在各个领域的广泛使用，各种材料的切割使用到了激光切割方式。随着工业的发展，尤其是电子产品的小型化，对于加工材料的切割日渐成为激光切割的主要发展方向。激光切割需达到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式。

CO2激光器以CO2作为激活介质，快速轴流CO2激光器的谐振腔由四个光学镜片组成：输出窗口，全反射镜和两个折返镜组成。它们分别固定在两个互相平行的刚性端板上。一方面，四片光学镜片具有一定的倾斜角度从而构成折叠腔，一方面，构成CO2激光器谐振腔的光学镜片无法调节至理想的平行状态；另一方面，产生激光的过程，对气体分子的温度是非常敏感的。当输入功率增加时，气体温度将升高。气体温度升高、流动速度增大等导致气体密度不均匀，从而影响CO2激光器输出激光的稳定性。上述两个方面都将影响CO2激光器输出激光束的径向横截面的圆度，即横截面不再是中心对称的圆形，而是椭圆形。一般CO2激光器内气体流动的方向温度较低，光斑直径较小。而垂直于气体流动方向光斑直径较大。一般情况下，垂直于激光器底座方向，光斑直径较大、为椭圆的长轴。

激光束垂直入射时，材料对激光的吸收和激光束的偏振状态无关，而当激光束倾斜入射时，偏振状态对吸收的影响变得非常重要，对于激光切割，由于激光的吸收面变为了切割缝的前沿，所以激光束不再是垂直入射到吸收面，此时材料的吸收效率与激光的偏振状态有关，因此当采用线偏振激光加工时，加工方向的改变将引起吸收效率变化，所以线偏振光切割时，光束在不同切割方向上产生的切缝宽度不同，挂渣程度也不同，而采用圆偏振光切割时，切割缝宽一致性良好，且无明显的挂渣现象。但是，现有的CO2激光器很难将线偏振的激光束变为圆偏振的激光束，切割时，挂渣现象明显。

因此，现有的技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统，可将CO2激光器出射的、径向截面为椭圆的激光束整形成径向截面为圆形的激光束，提高了激光束的一致性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种CO2激光器的外光路传输系统，包括用于将CO2激光器发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。

所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述棱镜的顶角a满足公式：

其中，D1为所述椭圆长轴的长度，D2为所述椭圆短轴的长度，n为棱镜的折射率，为空气的折射率。

所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述光束整形装置还包括用于使光束整形装置的出射光与CO2激光器的出射光平行的激光反射镜。

所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述激光反射镜可转动的设置在所述棱镜和CO2激光器之间的光路上。

所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述光束整形装置可转动的设置在CO2激光器出射激光的一端。

所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述外光路传输系统还包括四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述光束整形装置的出射光的光路上，所述四分之一波片的光轴面与光束整形装置的出射光的线偏振方向呈45°。

所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述外光路传输系统还包括混合光装置，所述混合光装置用于将可见光混入到激光束中，所述混合光装置设置在光束整形装置与四分之一波片之间的光路上。

一种CO2激光器的外光路传输方法，所述外光路传输方法包括步骤：

A、CO2激光器射出径向截面为椭圆的激光束；

B、CO2激光器射出的激光束垂直棱镜的第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。

所述的CO2激光器的外光路传输方法中，所述步骤B之后，还包括步骤：

C、所述棱镜的第二侧面出射的激光束经过四分之一波片后，由线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光。

一种CO2激光器，包括如上所述的CO2激光器的外光路传输系统。

相较于现有技术，本发明提供的一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统，所述外光路传输系统包括光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的、径向截面为椭圆的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。即，光斑为椭圆的激光束通过棱镜后，其长轴被压缩，变为圆形的光斑，提高了激光束的一致性，使CO2激光器切割材料时，切割的效果一致。

附图说明

图1为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统中，激光束通过棱镜的光路示意图。

图2为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统中，激光束通过光束整形装置的光路示意图。

图3为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统中，激光束整形前后长轴长度的比值与光楔顶角的对应关系的示意图。

图4为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统的俯视图。

图5为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统的立体图。

图6为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统中，光束整形装置的结构图。

图7为本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统的光路示意图。

图8为本发明提供的CO2激光器的外光路传输方法的方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供一种CO2激光器的外光路传输系统，包括用于将CO2激光器10发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置20，所述光束整形装置20包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜210；所述棱镜210的第一侧面211与CO2激光器10的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束（图中实线箭头所示）垂直第一侧面211进入棱镜210，并在棱镜210的第二侧面212发生折射后射出；所述棱镜210的主截面与所述椭圆的长轴D1平行，所述棱镜的顶角a小于棱镜的第二侧面212发生全反射的临界角。

由于所述棱镜210的主截面与所述椭圆的长轴D1平行，故光斑（径向截面）为椭圆的激光束通过棱镜后，其长轴的长度被压缩，短轴的长度不变，因此，原本激光束的光斑为椭圆，经过棱镜210的整形后，光斑趋向于圆形，提高了激光束的一致性，使CO2激光器切割材料时，切割的效果一致。

如图1所示，入射光束垂直于棱镜210的第一侧面211入射，因为垂直入射第一侧面211，所以在第一侧面211上并没有反射和折射，光束继续传输到第二侧面212，在第二侧面212处发生折射，入射角度即为棱镜的顶角a，折射角度为b，光束入射方向和折射后光束方向之间的角度差为c（图中未示出）。

设棱镜210的折射率为n，空气的折射率为，由折射定律得：

；

；

。

由于一般棱镜的折射率n大于1，属于光密介质，而空气折射率为1，属于光疏介质，根据光束折射定律，当光束由光密介质入射到光疏介质时，如果入射角a大于全反射的临界角f，则光束将全部被反射回原介质。所以可得临界角f满足公式：。故临界角。因此，棱镜的顶角a小于棱镜的第二侧面212发生全反射的临界角f，确保了激光束不会在棱镜210中发生全反射，避免激光束损耗。

本实施例中，所述棱镜210为硒化锌光楔，即，所述光楔采用硒化锌（ZnSe）作为光楔材料，硒化锌对CO2激光器射出的激光的折射率为n=2.4，所以临界角f=24.624°。故，顶角a介于0~24.624°之间的棱镜，均可用于本发明提供的外光路传输系统。

图1中，棱镜210右侧为CO2激光器射出的激光束（整形前的激光束），其波长范围为9~11μm，整形前的激光束的径向截面为椭圆形（即，光斑为椭圆形），该椭圆长轴的长度为D1，短轴的长度为D2，设椭圆长轴D1与短轴D2之比为u。棱镜的第二侧面212出射的激光束的截面理想的形状为圆形（即，光斑为圆形），该圆形的直径为D3，即，椭圆长轴D1方向上的光经过棱镜210后，其长度被压缩成了D3。所述棱镜的第一侧面211和第二侧面212的表面均覆盖有（镀有）高透射膜层，所述高透射膜层对激光束有高透过率，使得激光束高效透射。

由于激光束垂直棱镜210的第一侧面211进入，故激光束照射到第二侧面212上形成的光斑也是椭圆，其长轴的长度L=D1/cosa。激光束经过第二侧面212的折射后出射，形成光斑，该光斑的直径D3=L×cosb。由于CO2激光器10射出的激光束的光斑的短轴D2与棱镜210的主截面垂直，故激光束经过棱镜210后，其光斑短轴的长度不变，仅在短轴以外的其他方向上被压缩，长轴的长度压缩得最多。因此，想要棱镜的第二侧面212出射的激光束的光斑为圆形，只需让D3=D2即可，换而言之，棱镜的第二侧面212出射的激光束的径向截面的长轴D3与CO2激光器10射出的激光束的径向截面的短轴长度D2相等，即可使棱镜的第二侧面212出射的激光束的径向截面为圆形，D3就是该圆的直径。由此，我们可以推算：

u=D1/D2=D1/D3=（L×cosa）/（L×cosb）=cosa/cosb；

又因为，；

故，，（1）；

因此，所述棱镜的顶角a只要满足上述公式（1），经过棱镜210后出射的激光束的径向截面就是圆形。考虑到空气的折射率为1，公式（1）还可以简化为：。

本发明提供的CO2激光器的外光路传输系统，在光束整形装置中，根据CO2激光器射出的激光束光斑的长短轴之比，只需设置一个顶角a满足公式（1）的棱镜，让该棱镜的第一侧面与激光束垂直，即可将横截面为椭圆形的激光束整形成横截面为圆形的激光束，本发明相对其他光束整形系统，结构简单，无需复杂的光路设计，调节方便，成本低廉，适用范围广。

请参阅图2，所述光束整形装置20还包括用于使光束整形装置20的出射光与CO2激光器10的出射光平行的激光反射镜220。所述激光反射镜220可设置在棱镜210和CO2激光器10之间，也可以设置在棱镜210的出射光的光路上。本实施例中，所述激光反射镜220可转动的设置在所述棱镜210和CO2激光器10之间的光路上，所述激光反射镜220具体用于改变CO2激光器10射出的激光束的路径，使激光束垂直入射到所述棱镜210的第一侧面211上。当然，所述棱镜210同样可转动的设置在激光反射镜220反射光的光路上。即，所述激光反射镜220和棱镜210均可绕垂直于整形前激光束入射方向的轴旋转，也就是可以绕垂直于棱镜主截面的轴旋转。激光反射镜220可以绕垂直于棱镜主截面的轴旋转，所以可以保证实现对水平方向入射的整形前激光束进行角度调整，使得整形前的激光束能够垂直于棱镜的第一侧面211入射到棱镜210中。联合调节激光反射镜220和棱镜210与水平方向的夹角，则可实现对水平入射的整形前激光束进行角度调节，并保证其能够垂直入射到棱镜210的第一侧面211，并保证整形后的激光束的出射方向也为水平方向。

所述激光反射镜220的表面设置有高反射膜层，换而言之，所述激光反射镜220的表面镀有对整形前的激光束具有高反射率的膜层。

使棱镜的第二侧面212出射的激光束与CO2激光器10出射的激光束平行，需满足一定条件：

设CO2激光器10出射的激光束与水平方向平行，

由之前的推导可知，棱镜的第二侧面212的折射角；

激光束经激光反射镜220反射后，与水平面的夹角c=b-a；

激光反射镜220与水平方向的夹角，（2）；

棱镜的第一侧面211与水平方向的夹角，（3）；

由此可知，在选定了棱镜210的材料后，其折射率就是已知的，棱镜210和激光反射镜220角度的设置，只与棱镜的顶角a有关。换而言之，激光反射镜220与CO2激光器10出射光的夹角p满足公式（2）、棱镜的第一侧面211与CO2激光器10出射光的夹角q满足公式（3），即可使棱镜的第一侧面211出射的激光束的方向与CO2激光器10射出的激光束的方向平行。

设定激光束波长为10.6um，激光束在空气中折射率n0=1，光楔（棱镜210）的材料为硒化锌（ZnSe），则激光束在光楔内的折射率为n=2.4，此时整形前后的光束在平行于光楔主截面的方向上的直径比值D1/D3（同D1/D2）仅与光楔的顶角a有关系，其关系如图3所示。可见，当光楔顶角a为22°时，D1/D2比值为2，即表明该顶角的光楔可将长轴与短轴之比u=2的光斑整形为圆形光斑。本发明的光束整形装置20最大可以将长轴与短轴之比u=4的椭圆光斑整形为圆形。

CO2激光器10的输入功率增大以后，温度升高，另外因为CO2激光器10采用冷水机冷却，不断的有循环水对气体进行冷却，且冷却温度能够稳定在某一个值，且温度变化范围为±0.2℃，所以CO2激光器10稳定后，气体的温度几乎不再发生改变，仅在其流动方向上，具有气体流动速度，影响光斑在该方向上的直径大小。所以光斑的长轴在CO2激光器10稳定输出过程中基本保持不变。但是对于不同品牌、内部结构略有差异的激光器，其椭圆长短轴之比不同，所以可采用本发明，可针对不同的长短轴之比，设计不同顶角的光楔，从而可以对各种不同的激光器进行整形。

进一步的，请参阅图4、图5和图6，所述光束整形装置20还包括棱镜角度调节机构230和激光反射镜角度调节机构240。所述棱镜角度调节机构230用于调节棱镜210与水平方向的夹角，所述激光反射镜角度调节机构240用于调节激光反射镜220与水平方向的夹角。所述光束整形装置20可转动的设置在CO2激光器10出射激光的一端，即，所述光束整形装置20可沿CO2激光器10出射的激光束的轴向转动。即便CO2激光器10发出的激光束的光斑的椭圆长轴方向与棱镜210的主截面不平行，只需旋转所述光束整形装置20，即可对CO2激光器10发出的激光束的光斑的椭圆长轴进行压缩。从而实现椭圆激光束的光束整形，从而获得截面为圆形的整形光束。

进一步的，请一并参阅图7，所述外光路传输系统还包括沿光束整形装置20的出射光的光路依次设置的混合光装置30、扩束镜40、第一反射镜50、第二反射镜60、第三反射镜70、四分之一波片80和聚焦镜90。

所述四分之一波片80设置在所述光束整形装置20的出射光的光路上，所述四分之一波片的光轴面与光束整形装置20的出射光的线偏振方向呈45°。这样，四分之一波片80将光束整形装置20出射的线偏振激光束转化为圆偏振激光束，不损失激光束能量，获得圆偏振激光进行加工，切割时，不会出现挂渣现象。进一步的，所述四分之一波片80可沿激光束的轴向转动，在四分之一波片的光轴面与激光束的线偏振方向不是45°时，可以转动四分之一波片，使之光轴面与线偏振方向呈45°。

所述混合光装置30，用于将可见光混入到激光束中，所述混合光装置30设置在光束整形装置20与四分之一波片80之间的光路上。具体的，所述混合光装置30包括用于提供可见光的指示光源310和合束镜320。

所述第一反射镜50、第二反射镜60和第三反射镜70均与入射的激光束成45°角设置。CO2激光器10射出的激光束，在光束整形装置20中整形成光斑为圆形的激光束后，与指示光源310提供的可见光在合束镜320中混合，并通过扩束镜40扩束后，以45°入射角入射到第一反射镜50中，第一反射镜50出射的激光束同样以45°入射角入射到第二反射镜60中，第二反射镜60出射的激光束同样以45°入射角入射到第三反射镜70中，第三反射镜70出射的激光束经过四分之一波片80后，经聚焦镜90聚焦后，照射到被切割的工件上。第三反射镜70出射的激光束的线偏振方向与所述四分之一波片80的光轴面呈45°，以确保激光束经过四分之一波片80转化为圆偏振激光束。使用3个反射镜（50、60和70），一方面可以使用固定光路，即如图5所示，第二反射镜60和第三反射镜70的位置是固定的，如此即为固定光路，此时则需要被加工产品在平面内进行二维运动。另一方面，本发明也可以使用飞行光路，即如图7所示，其中的第二反射镜60也可以固定在一个可直线运动的轴上，沿着光束传输方向直线运动，而第三反射镜70也可以固定在一个可直线运动的轴上，沿着光束传输的方向直线运动，第二反射镜60和第三反射镜70的两个运动轴互相垂直，如此即可形成飞行光路，可以实现平面上的二维加工。

具体的，CO2激光器10出射的激光束经过光束整形装置20之后，得到整形后的激光束，整形后的激光束水平入射到合束镜320中，合束镜320与入射的激光束呈45°角，合束镜320的上、下两个表面镀有对激光束有高透射率的高透射膜层，因此激光束可以高效的通过，指示光源310发出指示光束，其波长为可见光范围，即位于400nm-700nm范围。指示光束以45°角度入射到合束镜320，合束镜320的上表面镀有对指示光束有的高反射率的高反射膜层，所以指示光束就会被合束镜320的上表面反射，因为合束镜320与整形光束和指示光束都是呈45°，所以经过合束镜320后，指示光束和整形光束重合。指示光束是可见光，所以能够对调试过程进行指示，虽然整形光束不可见，但是可以通过与其重合的指示光束进行调试，当指示光束调试完成，即意味着与其重合的整形光束也已经调试完成。

整形光束和指示光束进入扩束镜40，进行扩束，扩束镜40的镜片表面都镀有对整形光束和指示光束有高透射率的高透射膜层，以便整形光束和指示光束高效透过。

然后整形光束和指示光束经过45°设置的第一反射镜50、第二反射镜60、第三反射镜70的反射，所述第一反射镜50、第二反射镜60、第三反射镜70的表面都镀有对整形光束和指示光束有高反射率的高反射膜层，因此整形光束和指示光束都被高效反射。整形光束和指示光束入射到四分之一波片80，四分之一波片80为针对激光束的1/4波片，因为整形前的激光束和整形后的激光束都是线偏振的，所以在此使用四分之一波片80将线偏振光束转化为圆偏振激光束，然后圆偏振激光束经过聚焦镜90聚焦，即可对产品进行加工，聚焦镜90的上下表面都镀有对圆偏振激光束具有高透射率的高透射膜层，所以保证圆偏振激光束高效率的通过。

由此可知，采用本发明提供的外光路传输系统，还能将线偏振激光束转化为圆偏振激光束，使得在加工时，在不同的方向上，材料对激光的吸收率相同，所以可以避免切割时，X方向和Y方向的线宽不一致，从而保证获得各个方向一致的切割缝宽，从而保证尺寸精度，另外，也可以保证切割效果的一致，如材料切割缝边缘整齐、效果一致，底部挂渣的程度一致均匀。

综上所述，本发明提供的外光路传输系统，具有如下好处：

1、光束整形装置可以对激光束的横截面椭圆的长轴的方向进行压缩，从而可以得到圆形的光斑，而且长短轴之比高达u=4的光斑仍能够通过本发明的光束整形装置进行整形得到圆形的光斑；

2、光束整形装置仅包含1片反射镜和1片光楔，相对其他光束整形装置，结构简单，调节方便，成本低廉；

3、光束整形装置可以直接安装在激光器出口，对激光器输出的平行激光束整形，并且保证整形后的激光束也是平行的，对后续的光学器件不造成负面的影响，可以和多数的激光器、激光光路系统兼容；

4、本发明提供的外光路传输系统能够将线偏振的激光束转化为圆偏振，采用圆偏振激光束加工，在不同的方向上，材料对激光的吸收率相同，所以可以避免切割时，X方向和Y方向的线宽不一致，从而保证获得各个方向一致的切割缝宽，从而保证尺寸精度。也可以保证切割效果的一致，如材料切割缝边缘整齐、效果一致，底部挂渣的程度一致均匀。另外，采用圆偏振激光进行加工，可以保证在加工过程中每个方向上都达到最大的切割效率。

基于上述实施例提供的外光路传输系统，本发明还提供一种CO2激光器的外光路传输方法，请参阅图8，所述方法采用上述外光路传输系统，包括如下步骤：

S10、CO2激光器射出径向截面为椭圆的激光束；

S20、CO2激光器射出的激光束垂直棱镜的第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角；

S30、所述棱镜的第二侧面出射的激光束经过四分之一波片后，由线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光。

进一步的，所述步骤S30包括：

S310、所述棱镜的第二侧面出射的激光束经过四分之一波片后，检测四分之一波片出射的激光束是否为圆偏振光。具体的，在四分之一波片出射光的光路上设置偏振片，并旋转偏振片，在旋转偏振片时，透过偏振片的光的强度不变，则说明四分之一波片出射的激光束是圆偏振光；在旋转偏振片时，透过偏振片的光的强度变化，则说明四分之一波片出射的激光束是椭圆偏振光。

如果四分之一波片的光轴面和整形光束的线偏振的方向呈45°，则整形光束恰好变为圆偏振激光束，如果四分之一波片的光轴面与整形光束的线偏振方向不等于45°，则出射的光束为椭圆偏振光。所述偏振片（偏光片）是两向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁，电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸，烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片，偏振片有一个特定的方向，只让平行与该方向的振动通过，这一方向称为透振方向。如果四分之一波片的光轴面已经与整形光束的线偏振方向呈45度，则此时旋转偏振片，可观察到随着偏振片的旋转，透过偏振片的光的强度保持不变。如果四分之一波片的光轴面未达到与整形光束的线偏振方向呈45°，则此时为椭圆偏振光，则随着偏振片的旋转，透过偏振片的光强会发生明暗的变化，此时即可调节四分之一波片，直到旋转偏振片时，透过偏振片的光强不再变化，则表明此时四分之一波片的光轴面已经与整形光束的线偏振方向达到45°，则此时出射光束为圆偏振激光束。

S320、在四分之一波片出射的激光束为圆偏振光时，使用该激光束进行切割；在四分之一波片出射的激光束为椭圆偏振光时，转动四分之一波片后，返回步骤S310。

所述CO2激光器的外光路传输方法的其他特征和原理在上述实施例中已详细阐述，在此不再赘述。

本发明还提供一种CO2激光器，包括如上所述的CO2激光器的外光路传输系统。由于所述CO2激光器的特征和原理在上述实施例中已详细阐述，在此不再赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，包括用于将CO2激光器发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。

2.根据权利要求1所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述棱镜的顶角a满足公式：

其中，D1为所述椭圆长轴的长度，D2为所述椭圆短轴的长度，n为棱镜的折射率，为空气的折射率。

3.根据权利要求1所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述光束整形装置还包括用于使光束整形装置的出射光与CO2激光器的出射光平行的激光反射镜。

4.根据权利要求3所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述激光反射镜可转动的设置在所述棱镜和CO2激光器之间的光路上。

5.根据权利要求1所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述光束整形装置可转动的设置在CO2激光器出射激光的一端。

6.根据权利要求1所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述外光路传输系统还包括四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述光束整形装置的出射光的光路上，所述四分之一波片的光轴面与光束整形装置的出射光的线偏振方向呈45°。

7.根据权利要求6所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述外光路传输系统还包括混合光装置，所述混合光装置用于将可见光混入到激光束中，所述混合光装置设置在光束整形装置与四分之一波片之间的光路上。

8.一种CO2激光器的外光路传输方法，其特征在于，所述外光路传输方法包括步骤：

A、CO2激光器射出径向截面为椭圆的激光束；

B、CO2激光器射出的激光束垂直棱镜的第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。

9.根据权利要求8所述的CO2激光器的外光路传输方法，其特征在于，所述步骤B之后，还包括步骤：

C、所述棱镜的第二侧面出射的激光束经过四分之一波片后，由线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光。

10.一种CO2激光器，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的CO2激光器的外光路传输系统。