CN110253136A - 一种匀光装置、光匀化设备及匀光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及匀化技术领域，公开了一种匀光装置、光匀化设备及匀光方法。本发明包括第一匀光模组和第二匀光模组，入射光能够依次经过所述第一匀光模组后分为第一光和第二光，第二光和第三光经过第二匀光模组后会分成第四光、第五光、第六光和第七光，使得入射光的能量由较为汇聚的状态变为能量分布较为平均的状态。

Description

一种匀光装置、光匀化设备及匀光方法
技术领域
本发明涉及光匀化技术领域，尤其涉及一种匀光装置、光匀化设备及匀光方法。
背景技术
在激光加工或焊接中，输出光斑的能量分布直接影响到激光加工或焊接性能，没有进行任何光能量处理的激光器，输出的光斑能量分布满足高斯能量分布，即存在一个最大的峰值，在这最大的能量峰值功率下，激光所加工的元件最先受到作用，在能量峰以下的能量都小于峰值能量，作用在元件的强度都将小于峰值功率，在这种不均匀能量分布的激光作用下，加工元件所加工的切面或焊接不均匀，存在斜切面或焊接应力。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种匀光装置、光匀化设备及匀光方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种匀光装置，包括第一匀光模组和第二匀光模组，第一匀光模组和第二匀光模组均能使射入的光被分为相互垂直的两束偏振光，第二匀光模组位于第一匀光模组的下游，入射光能够依次经过第一匀光模组和第二匀光模组后射出。
作为对上述技术方案的改进，匀光模组包括分光装置和调整装置，调整装置位于分光装置的下游，入射光的入射方向与分光装置的光轴的方向呈90°。
作为对上述技术方案的进一步改进，匀光模组包括分光装置，分光装置的光轴的方向与入射光的入射方向呈45°。
作为对上述技术方案的进一步改进，第二匀光模组中的分光装置的光轴的方向为，第一匀光模组中的分光装置的光轴的方向以入射光的方向为轴旋转90度。
还提供了一种光匀化设备，包括一中的匀光装置。
作为对上述技术方案的改进，还包括光源、隔离模块和输出模块，光源发出的光依次经过隔离模块、匀光装置和输出模块，从输出模块处向外输出。
作为对上述技术方案的进一步改进，匀化装置和输出模块之间具有波片。
还提供了一种匀光方法，其特征在于：
第一光束被分为不相重合的第二光束和第三光束；
第二光束被分为不相重合的第四光束和第五光束；
第三光束被分为不相重合的第六光束和第七光束。
作为对上述技术方案的改进，第一光的分光半径小于第二光和第三光的半径。
第二光的分光半径小于第四光和第五光的半径；
第三光的分光半径小于第六光和第七光的分光半径。
作为对上述技术方案的进一步改进，第四光、第五光、第六光和第七光均相互交叉。
本发明的有益效果是：入射光经过第一匀光模组，使得入射光分为两束光，两束光经过第二匀光模组分为四束光，通过第一匀光模组和第二匀光模组对入射光起到匀光的效果，使得光能量分布更均匀。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的匀光装置结构示意图；
图2是图1中B1处第一状态处光斑分布图1；
图3是图1中B1处第一状态处光斑分布图2；
图4是图1中B1处第一状态处光斑分布图3；
图5是图1中B3处第三状态光斑分布图1；
图6是图1中B3处第三状态光斑分布图2；
图7是图1中B3处第三状态光斑分布图3；
图8是图1中B4处第四状态光斑分布图1；
图9是图1中B4处第四状态光斑分布图2；
图10是图1中B4处第四状态光斑分布图3；
图11是本发明另一个实施例的匀光装置结构示意图；
图12是本发明一个实施例的光匀化设备结构示意图。
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、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。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组合。
参照图1，图1是本发明一个实施例的匀光装置结构示意图，图中包括：第一匀光模组110、第一分光装置111、第一调整装置112、第二匀光模组120、第二分光装置121、第二调整装置122。
作为匀光装置的实施例，本装置至少包含两个匀光模组，入射光每经过一个匀光模组，便会被分为两束光，当入射光经过N个匀光模组后，入射光被分为2N束光，起到将入射光从能量较为汇聚的状态变为能量较为分散的状态。
作为一种实施例，第一匀光模组110包括第一分光装置111和调整装置112，此时第一分光装置111的光轴与入射光平行，使得经过第一分光装置111的入射光被分为第一光束(o光)和第二光束(e光)，使得入射光由第一状态变为第二状态；第一光和第二光进入第一调整装置112，第一调整装置112使得第一光和第二光均顺时针旋转45°，由第二状态变为第三状态。参考图2至图7，图2至图4为入射光光斑分布情况，入射光的能量空间分布满足高斯能量分布，图5至图7是经过第一匀光模组110后光能量分布情况，经过一个分光模组后的光，此时光斑能量空间分布存在一个近似长条的平顶峰。
作为一种实施例，第一光束和第二光束之间的间距可以通过调整第一分光模组和第一调整装置112之间距离进行调整。
作为一种实施例，第一光束和第二光束不完全重合。
作为一种实施例，分光装置的分光距离小于第一光束和第二光束的半径，即分光后第一光束和第二光束之间会有交叉。
经过第一分光模组的第二光束和第三光束进入第二匀光模组120，第二匀光模组120中包含第二分光装置121和第二调整装置122，第二分光装置121的光轴在第一分光装置111光轴的基础上，以入射光为轴心旋转90°，第二光束经过第二分光装置121后分为第四光束(o光)和第五光束(e光)，第三光束分为第六光束(o光)和第七光束(e光)，然后将第四光束、第五光束、第六光束和第七光束射入第二调整装置122，使得四束光线均顺时针偏转45°，所以第四光束和第五光束的出射方向均与入射光入射方向的角度为45°，且二者对称分布，同理可知，第六光束和第七光束均与入射光呈45°，且二者对称分布。此时入射光由第三状态变为第四状态，如图8至图10，此时的光斑能量分布近似平顶能量分布。
由于第二分光装置121的光轴在第一分光装置111光轴的基础上，以入射光为轴心旋转90°，所以第一次分光与第二次分光的分光方向相互垂直，所示经过两次分光后的结果如图8至图10所示。
作为一种实施例，如图8所示，第四光束、第五光束、第六光束和第七光束不相互重合，均具有交叉。
参照图11，图11是本发明另一个实施例的匀光装置结构示意图，图中包括第一分光装置111和第二分光装置121，在本实施例中，匀光装置只包括分光装置，此时分光装置的光轴与入射光呈45°，入射光经过第一分光装置111后，分为第二光束(o光)和第三光束(e光)，第二光束和第三光束以入射光方向为轴心成呈现对称分布，且都与入射光呈45°角，此时，入射光光斑空间能量分布由图2、图3和图4的第一状态变为如图5、图6和图7所示的第三状态，此时光斑能量空间分布存在一个近似长条的平顶峰。
第二分光装置121的光轴在第一分光装置111光轴的基础上，以入射光为轴心旋转45°，射入第二分光装置121的第二光束和第三光束经过第二分光装置121，第二光经过分为两束偏振态相互垂直的第四光束(o光)和第五光束(e光)，第三光束分为两束偏振态相互垂直的第六光束(o光)和第七光束(e光)，由于第二光束和第三光束均与第二分光装置121的光轴呈45°，第四光和第五光均与第二光呈45°，且二者对称分布，所以第六光束和第七光束均与第三光呈45°，此时入射光由第三状态变为第四状态，如图8至图10，此时的光斑能量分布近似平顶能量分布。
由于第二分光装置121的光轴在第一分光装置111光轴的基础上，以入射光为轴心旋转45°，所以第一次分光方向与第二次分光方向相互垂直，所以经过两次分光装置的光呈现图8所示的分光效果。
作为第三种实施例，可以实现将第一实施例中的匀光装置和第二实施例中的匀光模组进行多级串联，实现多级分光。
本发明还公开了一种光匀化设备，参照图12，图12是本发明一个实施例的光匀化设备结构示意图，图中包括光源200、隔离模块300、第三分光装置301、第三调整装置302、旋转装置303、磁管304、第四分光装置305、匀光装置100和输出模块400。
光源200射出的光经过隔离模块300后射入匀光装置100，经过匀光装置100对入射光的能量进行均匀的分布后，从输出模块400对光的直径进行调整后，从光匀化设备中输出。
其中光隔离模块300包括第三分光装置301，第三分光装置301将入射光分解成第八光束(o光)和第九光束(e光)，两束光射入第三调整装置302，并在其作用下两光的偏振态顺时针旋转45°，之后进入旋转装置303，由于在磁管304的作用下产生磁致旋光效应，两光的偏振态再次顺时针旋转45°，此时第八光束(o光)和第九光束(e光)旋转了90°。也就是经过隔离装置300,第八光变为第九光，第九光变为第八光。光进入隔离器第四分光装置305，第四分光装置305将两束偏振态光合束成一束非偏振光射入匀光装置。
逆向入射的光入射至第四分光晶体305，第四分光晶体305将非偏振光分解成第十光束(o光)和第十一光束(e光)，分离的两束光入射至转装置303，由于转装置303的作用使两束光的偏振态顺时针旋转45°，旋转45°后的两束偏振光入射至旋转装置303，旋转装置303在磁管304的作用下将光逆时针旋转45°，此时两束偏振光的偏振态还从第四分光晶体305出射时的偏振态，则投射到入射光的两侧两束偏振光无法入射光源200，可以有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现光源200的隔离。
作为一种实施例，上述实施例中提出的分光装置均为分光晶体。
作为一种实施例，上述实施例中提到的调整装置为石英旋光棒或波片。
作为一种实施例，在匀化装置300和输出模块400之间设有四分之一波片，四分之一波片光轴角度与匀化装置输出的光的偏振态呈45°夹角。使得从匀化装置300中射出的线偏光经过四分之一波片转变为圆偏光，在使得变化后的圆偏光经过输出模块400后向外射出，经过四分之一波片转化后的圆偏光更有利于加工和生产。
本发明还公开了一种光能量匀化方法：
步骤一：入射光向第一方向分离出第二光和第三光，第二光和第三光以第一中线对称，第二光和第三光不相互重合，此时，光斑空间能量分布由图2、图3和图4变为图5、图6和图7。
步骤二：使得第二光向第二方向分离出第四光和第五光，第四光和第五光以第二中线对称；第三光第二方向分离出第六光和第七光，第六光和第七光以第二中线对称，光斑空间能量分布由图5、图6和图7变为图8、图9和图10。且第四光和第五光不完全重合、第六光和第七光不完全重合。
作为一种实施例，第一方向和第二方向相互垂直。
作为一种实施例，如图8、图9和图10所示，第四光、第五光、第六光和第七光均有交叉，但不完全重合，光斑能量分布近似平顶能量分布。
入射光经上述步骤可以被无线分割，分割次数越多，射出的光的能量越无限接近平顶能量分布。
以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，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形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种匀光装置，其特征在于，包括第一匀光模组和第二匀光模组，所述第一匀光模组和所述第二匀光模组均能使射入的光被分为相互垂直的两束偏振光，所述第二匀光模组位于所述第一匀光模组的下游，入射光能够依次经过所述第一匀光模组和第二匀光模组后射出。
2.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光模组包括分光装置和调整装置，所述调整装置位于所述分光装置的下游，所述入射光的入射方向与所述分光装置的光轴的方向呈90°。
3.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光模组包括分光装置，所述分光装置的光轴的方向与所述入射光的入射方向呈45°，所述第二匀光模组中的所述分光装置的光轴的方向为，所述第一匀光模组中的所述分光装置的光轴的方向以所述入射光的方向为轴旋转45度。
4.根据权利要求2所述的匀光装置，其特征在于，所述第二匀光模组中的所述分光装置的光轴的方向为，所述第一匀光模组中的所述分光装置的光轴的方向以所述入射光的方向为轴旋转90度。
5.一种光匀化设备，其特征在于，包括如权利要求1-4中任意一项所述的匀光装置。
6.根据权利要求5所述的光匀化设备，其特征在于，还包括光源、隔离模块和输出模块，所述光源发出的光依次经过所述隔离模块、所述匀光装置和输出模块，从所述输出模块处向外输出。
7.根据权利要求6所述的光匀化设备，其特征在于，所述匀光装置和所述输出模块之间具有1/4波片。
8.一种匀光方法，其特征在于：
第一光束被分为不相重合的第二光束和第三光束，
所述第二光束被分为不相重合的第四光束和第五光束；
所述第三光束被分为不相重合的第六光束和第七光束。
9.根据权利要求8所述的匀光方法，其特征在于，所述第一光的分光半径小于所述第二光和所述第三光的半径；
所述第二光的分光半径小于所述第四光和所述第五光的半径；
所述第三光的分光半径小于所述第六光和所述第七光的分光半径。
10.根据权利要求8所述的匀光方法，其特征在于，所述第四光、所述第五光、所述第六光和所述第七光均相互交叉。
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