CN110308546A - 一种多激光光束的激光输出头和激光输出设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种多激光光束的激光输出头和激光输出设备，该激光输出头的每一激光输入口均设置有用于对由所述激光输入口输入的激光束进行传输方向调节的调节模块。对从各激光输入口输入的激光束，通过与该激光输入口对应的调节模块调节激光束的传输方向，从而调节其经过聚焦透镜后在聚焦面上形成的输出光斑的位置。当调节模块中包括光楔或光楔对时，光楔或光楔对的调整非常方便并且容易固定，因此可以容易地获得各个不同方向传输的激光光束，并且保持稳定。此外，由聚焦透镜可以方便地得到多个聚焦激光光斑的不同分布，还可以方便地使一些激光聚焦光斑相互重叠。

Description

一种多激光光束的激光输出头和激光输出设备

技术领域

本发明涉及激光控制技术领域，尤其是涉及一种多激光光束的激光输出头和激光输出设备。

背景技术

激光应用很广泛，例如，激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等等。不同的应用对激光的功率要求不同，有些场景下对多束激光的分布也有要求。然而，现有的激光进行调节的装置无法对多束激光进行精确的控制，对激光束控制的障碍限制了激光在各场景的应用。

在实际应用过程中，发明人发现现有的对激光进行调节的装置无法对多束激光进行精确的控制，或用于对激光进行调节的装置结构复杂，操作不便。

发明内容

本发明实施例提供一种多激光光束的激光输出头和激光输出设备，用以解决现有技术中的对激光进行调节的装置无法对多束激光进行精确的控制，或用于对激光进行调节的装置结构复杂，操作不便的问题。

针对以上技术问题，第一方面，本发明的实施例提供了一种多激光光束的激光输出头，

包括聚焦透镜、激光输入端和多个用于对激光束的传输方向进行调节的调节模块；

所述激光输入端包括至少一个激光输入口；

每一激光输入口均设置有用于对由所述激光输入口输入的激光束进行传输方向调节的调节模块；

经过各调节模块的激光束传输到所述聚焦透镜，在所述聚焦透镜的聚焦面上形成输出光斑；

其中，通过对激光束传输方向的调节实现激光束对应的输出光斑位置的调节。

可选地，调节模块中包括至少一个光楔。

可选地，调节模块中包括光楔对。

可选地，每一调节模块均包括用于对光楔进行旋转的操作端。

可选地，各调节模块不全位于同一平面内，以避免各操作端之间产生干扰。

可选地，所述激光输入端上的各激光输入口阵列排列；

从所述激光输入端输入的激光束为平行的激光束或者不平行的激光束。

可选地，还包括：

调整各调节模块，使得各激光束对应的输出光斑聚焦叠加于同一位置，得到能量叠加的激光束。

第二方面，本发明的实施例提供了一种激光输出设备，包括多个激光器、多个激光传输装置和以上任一项所述的多激光光束的激光输出头；

对每一激光器，均通过激光传输装置连接到所述激光输出头中的一个激光输入口，以将由所述激光器输出的激光束从连接的激光输入口输入到所述激光输出头中，并通过调节所述激光输出头中的调节模块，实现对各激光束对应的输出光斑位置的调节。

本发明的实施例提供了一种多激光光束的激光输出头和激光输出设备，该激光输出头包括聚焦透镜、激光输入端和多个用于对激光束的传输方向进行调节的调节模块所述激光输入端包括至少一个激光输入口；每一激光输入口均设置有用于对由所述激光输入口输入的激光束进行传输方向调节的调节模块。对从各激光输入口输入的激光束，通过与该激光输入口对应的调节模块调节激光束的传输方向，调节其经过聚焦透镜后，在聚焦面上形成的输出光斑的位置。通过各调节模块实现了对每一激光束传输方向的精确控制，从而精确控制每一激光束对应的输出光斑的位置，例如，使得多个光斑叠加得到高能量激光或者使得输出光斑的分布满足设定要求，实现了对多束激光束的精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明一个实施例提供的多激光光束的激光输出头结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供对4个激光束进行控制的激光输出头的结构示意图；

图3是本发明另一个实施例提供的对4个激光束进行控制的激光输出头控制过程示意图；

图4是本发明另一个实施例提供的4个激光束的横截面分布示意图；

图5是本发明另一个实施例提供的16束激光束的横截面分布示意图；

图6是本发明另一个实施例提供的对沿着M的垂直方向上4个激光束进行控制的控制过程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

多种激光的应用需要多束激光的作用。例如，当单束激光的功率有限时，可以采用多束激光照射同一个区域进行激光功率或能量的叠加，实现高功率的激光作用。又例如，多束激光同时作用在需要加工的工件表面，可实现同时多点加工，提高了加工的时效。但是，对于不同的加工工件，往往需要不同的激光参数，这些参数包括如激光功率或能量，光斑的分布或形状，光斑的个数等等。为了方便地实现对于多个激光光斑或激光光斑形状的调节，图1是本实施例提供的多激光光束的激光输出头结构示意图，参见图1，该激光输出头包括聚焦透镜103、激光输入端101和多个用于对激光束的传输方向进行调节的调节模块102；

所述激光输入端101包括至少一个激光输入口；

每一激光输入口均设置有用于对由所述激光输入口输入的激光束进行传输方向调节的调节模块102；

经过各调节模块102的激光束传输到所述聚焦透镜103，在所述聚焦透镜103的聚焦面A上形成输出光斑；

其中，通过对激光束传输方向的调节实现激光束对应的输出光斑位置的调节。

激光输入端101中可以包括多个激光输入口，例如，4个、8个、16个、32个等，本实施例对此不做具体限制。其中，激光输入端101包含的激光输入口的数量是该激光输出头能够同时进行调节的激光束最大数量，例如，包含32个激光输入口的激光输出头最多可同时对32个激光束进行调节，或者同时对数量小于32的激光束进行调节。每一激光输入口均设置了相应的调节模块，用于调节从该激光输入口输入的激光束。经过调节模块调节后的激光束通过聚焦透镜后在聚焦面上形成输出光斑。对于每一激光束，均可通过对其传输方向的调节使得其在聚焦面上的不同位置聚焦形成输出光斑。

每一激光输入口对应的调节模块的结构可以相同，也可以不同，其单独地对由该激光输入口输入的激光束进行传输方向的调节。调节模块用于对激光束传输方向进行调节，可以是由光楔组成的模块，也可以是由其它能够对激光传输方向进行调节的光学元件组成的模块，本实施例对此不做具体限制。

从所述激光输入端的输入的多束激光束可以是连续的，也可以是脉冲的，也可以是任意波形的，各激光束的连续，或脉冲或波形调制的状态，可以是相同的也可以是不相同的。具体来说，各激光束既可以是同时的也可以是不同时；各激光束的波长可以是相同的也可以是不相同的；各激光束可以是偏振的，也可以是非偏振的，各激光束的偏振可以是相同的，也可以是不相同的。

本实施例提供了一种多激光光束的激光输出头，该激光输出头包括聚焦透镜、激光输入端和多个用于对激光束的传输方向进行调节的调节模块所述激光输入端包括至少一个激光输入口；每一激光输入口均设置有用于对由所述激光输入口输入的激光束进行传输方向调节的调节模块。对从各激光输入口输入的激光束，通过与该激光输入口对应的调节模块调节激光束的传输方向，调节其经过聚焦透镜后，在聚焦面上形成的输出光斑的位置。通过各调节模块实现了对每一激光束传输方向的精确控制，从而精确控制每一激光束对应的输出光斑的位置，例如，使得多个光斑叠加得到高能量激光或者使得输出光斑的分布满足设定要求，实现了对多束激光束的精确控制。

光楔是指用于调整光束传输方向的具有一定角度的棱镜，以入射的光束的光轴为轴旋转光楔，可以使入射光束经过光楔之后的光线成为围绕光轴旋转的光线。因此，在上述实施例的基础上，调节模块中包括至少一个光楔。例如，每一调节模块均包括至少一个光楔。

用于对激光束传输方向进行调节的调节模块可以包括光楔，例如，由一个光楔形成的调节模块，或者由多个光楔组合形成的调节模块。将光楔沿着激光束的光轴方向进行旋转，实现对激光束传输方向的调节。

进一步地，调节模块中包括光楔对。例如，每一调节模块均包括至少一个光楔对。

将两个光楔成对使用就构成了光楔对，以入射的光束的光轴为轴分别独立旋转光楔对的光楔，就可以使入射光楔发生二维的偏转，也就是说可以实现对于光线传输方向的二维调节，在上述各实施例的基础上。

将光楔对应用在调节模块中，分别独立的沿着激光束的光轴方向旋转光楔对中的光楔，实现对激光束在二维上的调节。

本实施例提供了一种多激光光束的激光输出头，通过光楔和光楔对实现了对激光传输方向的精确控制。光楔或光楔对的调整非常方便并且容易固定，因此可以容易地获得各个不同方向传输的激光光束，并且保持稳定。

进一步地，在上述各实施例的基础上，每一调节模块均包括用于对光楔进行旋转的操作端。

操作端是激光输出头上设置的用于对调节模块中的光楔进行旋转操作的结构，通过操作端能够方便地对光楔进行旋转，实现对激光束传输方向的调节。

进一步地，在上述各实施例的基础上，各调节模块不全位于同一平面内，以避免各操作端之间产生干扰。

当激光输入端中包含的激光输入口较多时，激光输出头内用于对激光束传输方向进行调节的调节模块的数量也较多，相应的操作端数量也较多。若各调节模块处于同一平面内，则会导致操作端也处于同一平面内，操作端之间距离较近，对操作端进行操作时会互相影响。为了避免各操作端之间的这种机械干扰，本实施例将调节模块错位设置，使得各调节模块不全位于同一平面内，避免各操作端之间产生干扰。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述激光输入端上的各激光输入口阵列排列；

从所述激光输入端输入的激光束为平行的激光束或者不平行的激光束。

进一步地，在上述各实施例的基础上，还包括：

调整各调节模块，使得各激光束对应的输出光斑聚焦叠加于同一位置，得到能量叠加的激光束。

为了对上述各实施例提供的激光输出头进行进一步的说明，本实施例提供了一种对4个激光束进行控制的激光输出头，图2为本实施例提供的对4个激光束进行控制的激光输出头的结构示意图，图3为本实施例提供的对4个激光束进行控制的激光输出头控制过程示意图，图4为本实施例提供的4个激光束的横截面分布示意图，参见图2至图4，4束平行的入射激光束编号为1至4，1A至4A分别表示4个光楔对，1B至4B分别经过4个光楔对之后的4束激光束，经过聚焦透镜5后在聚焦面6的附近将会形成聚焦光斑。如图2所示，激光束1-4为入射方向相互平行的4束激光束(如图4所示)，这些激光束分别经过4个光楔1A-4A,分别调整这些光楔，使4束激光束的出射光线1B-4B与原来的入射光线1-4的传输方向保持不变，则这4束光线经过透镜5后，将在透镜的焦面6的附近相互叠加(即4束激光束对应的输出光斑位置相同)，形成一个聚焦光点或光斑，实现4束激光在聚焦面6上的叠加。

如图3所示，激光束1-4为入射方向相互平行的4束激光束，这些激光束分别经过4个光楔1A-4A时调整这些光楔，使4束光线的出射光线1B-4B与原来的入射光线1-4的传输方向不同，对应的偏转角度分别是B1、B2、B3和B4，则这4束光线经过透镜5后，将在透镜的焦面6上形成光斑的形状是一直排列的4个聚焦光点。由此，通过调节4个光楔使激光束对应的偏转角度B1、B2、B3和B4，即可实现对4各激光束输出光斑的任意的分布。

再者，本实施例提供一种对16个激光束进行控制的激光输出头，在激光输出头的激光输入端中，各激光输入口按照4x4的正方形阵例排列。图5为本实施例提供的16束激光束的横截面分布示意图，图6为本实施例提供的对沿着M的垂直方向上4个激光束进行控制的控制过程示意图。如图5所示，1(1,1)、2(1,2)、3(1,3)、4(1,4)、5(2,1)，6(2,2)，7(2,3)，8(2,4)，9(3,1)，10(3,2)，11(3,3)，12(3,4)，13(4,1)，14(4,2)，15(4,3)和16(4,4)分别表示这16束激光束。

如图6所示，图5中2(1,2)、6(2,2)、10(3,2)和14(4,2)这4束激光束上的4个光楔对为2(1,2)A、6(2,2)A、10(3,2)A和14(4,2)A，经过这4个光楔对后输出的4束激光束为2(1,2)B、6(2,2)B、10(3,2)B和14(4,2)B、聚焦透镜5和聚焦透镜5的聚焦面6、以及的激光输出头上其它的结构件7。

调节各个光楔对，使平行入射的16束激光束经过光楔后保持入射方向不变或使不是平行入射的激光束经过各个光楔的调节后得到传输方向一致的激光束，经过聚焦透镜5之后可以在聚焦透镜5的聚焦面6的附近得到一个由这16束激光光束聚焦叠加所得到的一个光斑(即16束激光束的输出光斑位置相同)，实现了对这16束激光束的功率/能量叠加。

调节各个光楔对使16束激光束经过光楔对后的激光束方向发生不同的变化，经过聚焦透镜5之后可以在聚焦透镜5的聚焦面6的附近得到由16束激光束各自经过聚焦透镜5后再聚焦面6附近得到16个光斑或光点(即16束激光束的输出光斑位置均不相同)，每个光斑或光点的位置是由所调整对应的光楔对使得激光束的传输方向偏转实现的，激光束的偏转角度决定了输出光斑在聚焦面上的位置。因此，可以通过对这16个光楔对的调节，根据需要获得可变化的多种光斑分布。

如图5所示，这16个激光束中，2(1,2)、6(2,2)、10(3,2)和14(4,2)位于阵列的内部，若将对这16束激光束进行调节的光楔对设置在同一平面内，则操作端之间会产生机械干扰。所以本实施例采用错位放置，将用于调节这4个激光束的光楔对和用于调节其它12个激光束的光楔对设置在不同的平面内，从而避免调节光楔对的过程中受到其它光楔对调节的机械干扰。如图6所示，采用类似于激光输出头上其它的结构件7，将阵列外围的激光束2(1,2)和14(4,2)对应的光楔对2(1,2)A和14(4,2)A与阵列内部的激光束6(2,2)和10(3,2)所对应的光楔对6(2,2)A、10(3,2)A设置在不同的平面内，这种沿着光束的方向的错位放置，使得在调节内部激光束对应的光楔对时，避免调节外围激光束的光楔对及其结构件产生的机械干扰。

综上，本发明提供的激光输出头包括聚焦透镜，一个或多个光楔对，对多个入射的激光光束分别进行调节使其可以沿着不同的方向传输，通过一个或多个聚焦透镜就可获得根据需要可变化的光斑的分布。该激光输出头可用于多种激光加工，例如但不限于激光切割、激光焊接、激光热处理，激光清洗等等。

另一方面，本实施例提供了一种激光输出设备，包括多个激光器、多个激光传输装置和以上任一项所述的多激光光束的激光输出头；

对每一激光器，均通过激光传输装置连接到所述激光输出头中的一个激光输入口，以将由所述激光器输出的激光束从连接的激光输入口输入到所述激光输出头中，并通过调节所述激光输出头中的调节模块，实现对各激光束对应的输出光斑位置的调节。

本实施例提供的激光输出设备中，激光输出头包括聚焦透镜和一个或多个光楔对或光楔，多束激光光束进入激光输出头，分别调整各个光楔对或光楔对，使各个激光束沿着不同的方向传输。由于光楔或光楔对的调整非常方便并且容易固定，因此可以容易地获得各个不同方向传输的激光光束，并且保持稳定。采用聚焦透镜进行聚焦，可以方便地得到多个聚焦激光光斑的不同分布，还可以方便地使一些激光聚焦光斑相互重叠，实现在聚焦面的激光的功率或能量的叠加，还可以方便地使各个光束精密地排列在一起，形成一定形状分布的光斑。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种多激光光束的激光输出头，其特征在于，包括聚焦透镜、激光输入端和多个用于对激光束的传输方向进行调节的调节模块；

所述激光输入端包括至少一个激光输入口；

每一激光输入口均设置有用于对由所述激光输入口输入的激光束进行传输方向调节的调节模块；

经过各调节模块的激光束传输到所述聚焦透镜，在所述聚焦透镜的聚焦面上形成输出光斑；

其中，通过对激光束传输方向的调节实现激光束对应的输出光斑位置的调节。

2.根据权利要求1所述的多激光光束的激光输出头，其特征在于，调节模块中包括至少一个光楔。

3.根据权利要求1所述的多激光光束的激光输出头，其特征在于，调节模块中包括光楔对。

4.根据权利要求2所述的多激光光束的激光输出头，其特征在于，每一调节模块均包括用于对光楔进行旋转的操作端。

5.根据权利要求4所述的多激光光束的激光输出头，其特征在于，各调节模块不全位于同一平面内，以避免各操作端之间产生干扰。

6.根据权利要求1所述的多激光光束的激光输出头，其特征在于，所述激光输入端上的各激光输入口阵列排列；

从所述激光输入端输入的激光束为平行的激光束或者不平行的激光束。

7.根据权利要求1所述的多激光光束的激光输出头，其特征在于，还包括：

调整各调节模块，使得各激光束对应的输出光斑聚焦叠加于同一位置，得到能量叠加的激光束。

8.一种激光输出设备，其特征在于，包括多个激光器、多个激光传输装置和权利要求1-7中任一项所述的多激光光束的激光输出头；

对每一激光器，均通过激光传输装置连接到所述激光输出头中的一个激光输入口，以将由所述激光器输出的激光束从连接的激光输入口输入到所述激光输出头中，并通过调节所述激光输出头中的调节模块，实现对各激光束对应的输出光斑位置的调节。