CN111884031A - 激光光斑圆度的优化方法及优化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光光斑圆度的优化方法，包括：将第一凸透镜设置在第一泵浦光源和激光晶体之间；将靠第二凸透镜设置在第二泵浦光源和激光晶体之间；将第一凸透镜和第二凸透镜的焦距比设置为0.5‑0.8的范围内；第一泵浦光源发出的泵浦光经第一凸透镜后到达激光晶体中以产生小光斑；及第二泵浦光源发出的泵浦光经第二凸透镜和后到达激光晶体中以产生大光斑，大光斑包含小光斑。本发明还公开一种激光光斑圆度的优化系统。该方法和系统通过将产生的大光斑包含小光斑而不出现交叉重叠现象，保证了光斑的圆度，降低了光斑圆度的调试难度。

Description

激光光斑圆度的优化方法及优化系统
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种激光光斑圆度的优化方法及优化系统。
背景技术
固体激光器具有高亮度、高效率、结构紧凑、性能稳定、长寿命和全固化等优点，在材料加工等领域均有着重要的应用。
由于不同工件的不同加工工艺需求，对激光光斑有更多要求，例如圆形光斑需要圆度更优化，能量分布更均匀，因此需要通过优化方法来调整激光光斑圆度，使其能够更好地满足不同的工艺需求。现有的激光光斑圆度调整方法为相同的两束泵浦光从不同方向经过不同的透镜、反射镜等镜面的透射或折射，最后以相同的光斑大小聚焦，如果光斑位置错位，最终得到的光斑圆度可能不圆，如要达到加工工艺要求，需要反复调试光斑错位现象，调试难度高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种激光光斑圆度的优化方法及优化系统，能够通过两个凸透镜设定不同的焦距从而产生不同直径的大小光斑，而且大光斑包含小光斑不出现交叉重叠现象，保证了光斑的圆度，降低了光斑圆度的调试难度。
根据本发明的第一方面实施例的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第一凸透镜设置在第一泵浦光源和激光晶体之间；
将第二凸透镜设置在第二泵浦光源和激光晶体之间；
将第一凸透镜和第二凸透镜的焦距比设置为0.5-0.8的范围内；
第一泵浦光源发出的泵浦光经第一凸透镜后到达激光晶体中以产生小光斑；
以及
第二泵浦光源发出的泵浦光经第二凸透镜后到达激光晶体中以产生大光斑，大光斑包含小光斑。
根据本发明实施例的激光光斑圆度的优化方法，至少具有如下有益效果：通过将第一凸透镜、第二凸透镜以及激光晶体的位置设定并且设定第一凸透镜和第二凸透镜的焦距比来产生两个大小不同的光斑，而且大光斑包含小光斑，从而不会出现交叉重叠现象，保证了光斑的圆度，降低了光斑圆度的调试难度。
根据本发明的一些实施例，该第一泵浦光源发出的泵浦光经第一凸透镜后到达激光晶体中以产生小光斑包括：第一泵浦光源发出的泵浦光经过第一凸透镜透射后产生平行光束，该平行光束经第一角度镜透射后到达激光晶体中以产生小光斑。
根据本发明的一些实施例，该第二泵浦光源发出的泵浦光经第二凸透镜后到达激光晶体中以产生大光斑，该大光斑包含小光斑包括：第二泵浦光源发出的泵浦光经过第二凸透镜透射后产生平行光束，该平行光束经第二角度镜透射后到达激光晶体中以产生大光斑，该大光斑包含小光斑。
根据本发明的一些实施例，该第一凸透镜和第二凸透镜均垂直于第一泵浦光源、第二泵浦光源以及激光晶体的连线。
根据本发明的一些实施例，该第一泵浦光源、第二泵浦光源以及激光晶体的连线的垂线与第一角度镜和第二角度镜之间的角度值为0-15°。
根据本发明的一些实施例，该第一泵浦光源、第二泵浦光源以及激光晶体的连线的垂线与第一角度镜和第二角度镜之间的角度值为12.5°。
根据本发明的一些实施例，将全反射镜设置在与第一角度镜反射光路垂直的位置处以实现激光在激光晶体、全反射镜和第一角度镜之间的往复反射。
根据本发明的一些实施例，该输出镜设置在与第二角度镜反射光路垂直的位置处以实现部分激光的输出以及部分激光在激光晶体、输出镜和第二角度镜之间的往复反射。
根据本发明的第二方面实施例的激光光斑圆度的优化系统，其特征在于，包括：
激光晶体；
第一泵浦光源，设置在激光晶体的一侧；
第一凸透镜，设置在激光晶体和第一泵浦光源之间；
第一角度镜，设置在第一凸透镜和激光晶体之间；
第二泵浦光源，与第一泵浦光源对称的设置在激光晶体的另一侧；
第二凸透镜，设置在激光晶体和第二泵浦光源之间；
第二角度镜，设置在第二凸透镜和激光晶体之间；
全反射镜，设置在与第一角度镜的反射光路垂直的位置处；以及
输出镜，设置在与第二角度镜的反射光路垂直的位置处，
其中，激光晶体、第一泵浦光源、第一凸透镜、第二泵浦光源和第二凸透镜的中心共线。
根据本发明实施例的激光光斑圆度的优化系统，至少具有如下有益效果：通过将第一凸透镜、第二凸透镜以及激光晶体的位置设定并且设定第一凸透镜和第二凸透镜的焦距比来产生两个大小不同的光斑，而且大光斑包含小光斑，从而不会出现交叉重叠现象，保证了光斑的圆度，降低了光斑圆度的调试难度。通过设定两个凸透镜，两个角度镜、全反射镜以及输出镜，为整个光路提高增益，使激光能量更均匀、集中。
根据本发明的一些实施例，该全反射镜设置在垂直于第一角度镜的反射光路并且使光纤激光完全反射回去的位置处。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本用新型的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的激光光斑圆度的优化方法的示意图；
图2为本发明实施例的激光光斑圆度的优化系统的光路原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，该实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
基于上述目的，本发明实施例的一个方面，提出了一种激光光斑圆度的优化方法的实施例。图1示出的是本发明实施例的激光光斑圆度的优化方法的示意图。图2示出的是本发明实施例的激光光斑圆度的优化系统的光路原理示意图。
该激光光斑圆度的优化方法，包括以下步骤：
S101：将第一凸透镜4设置在第一泵浦光源1和激光晶体3之间；
S102：将第二凸透镜6设置在第二泵浦光源2和激光晶体3之间；
S103：将第一凸透镜4和第二凸透镜6的焦距比设置为0.5-0.8的范围内；
S104：第一泵浦光源1发出的泵浦光经第一凸透镜4后到达激光晶体3中以产生小光斑；以及
S105：第二泵浦光源2发出的泵浦光经第二凸透镜6后到达激光晶体3中以产生大光斑，该大光斑包含小光斑。
其中，如图1-2所示，激光晶体3设在光路中央位置，远离激光晶体3左右两侧同一水平线位置对称地设有第一泵浦光源1、第二泵浦光源2，第一泵浦光源1和第二泵浦光源2所发射的LD泵浦光的波长为808nm或880nm，光束射出方向都朝向激光晶体3，两泵浦光源离激光晶体3距离相等，具体距离依实际需求设定。第一凸透镜4焦距为f1,第二凸透镜6焦距为f2，f1/f2焦距比设定在0.5～0.8范围内；第一凸透镜4与第二凸透镜6凸面均镀有增透膜。第一泵浦光源1和第二泵浦光源2发射出的泵浦光经过各自凸透镜透射后为平行光束，该平行光束随后到达激光晶体3中聚焦，其焦斑重合于激光晶体3内，光的波长为1064nm，由于第一凸透镜4和第二凸透镜6焦距不同，故而产生不同直径的大小光斑，小光斑包含于大光斑内，其光斑直径比同其焦距比，即为0.5～0.8范围内，由于小光斑包含于大光斑内，不会出现交叉重叠现象，保证了光斑的圆度，降低了光斑圆度的调试难度。
在一个优选实施例中，第一泵浦光源1发出的泵浦光经第一凸透镜4后到达激光晶体3中以产生小光斑包括：第一泵浦光源1发出的泵浦光经过第一凸透镜4透射后产生平行光束，该平行光束经第一角度镜5透射后会聚于激光晶体3中以产生小光斑。其中，第一角度镜5面向凸透镜的一面均镀有增透膜，另一面均镀有高反膜。
在一个优选实施例中，第二泵浦光源2发出的泵浦光经第二凸透镜6后到达激光晶体3中以产生大光斑，大光斑包含小光斑包括：第二泵浦光源2发出的泵浦光经过第二凸透镜6透射后产生平行光束，该平行光束经第二角度镜7透射后会聚于激光晶体3中以产生大光斑，该大光斑包含小光斑。其中，第二角度镜7面向凸透镜的一面镀有增透膜，另一面均镀有高反膜。
在一个优选实施例中，第一凸透镜4和第二凸透镜6均垂直于第一泵浦光源1、第二泵浦光源2以及激光晶体3的连线。
在一个优选实施例中，第一泵浦光源1、第二泵浦光源2以及激光晶体3的连线的垂线与第一角度镜5和第二角度镜7之间的角度值A为0-15°。
在一个优选实施例中，第一泵浦光源1、第二泵浦光源2以及激光晶体3的连线的垂线与第一角度镜5和第二角度镜7之间的角度值A为12.5°。
在一个优选实施例中，将全反射镜8设置在与第一角度镜5反射光路垂直的位置处以实现激光在全反射镜8和第一角度镜5之间的往复反射。其中，到达激光晶体3的光纤激光反射到第一角度镜5，再经第一角度镜5镀有高反膜的一面反射出去，与第一角度镜5反射光路垂直的位置处设置有全反射镜8，全反射镜8与第一角度镜5的距离依实际需求而定，全反射镜8反射光纤激光的一面也同样镀有高反膜,以使光纤激光全反射回去。
在一个优选实施例中，将输出镜9设置在与第二角度镜7反射光路垂直的位置处以实现部分激光的输出以及部分激光在输出镜9和第二角度镜7之间的往复反射。到达激光晶体3的光纤激光反射到第二角度镜7，再经第二角度镜7镀有高反膜的一面反射出去；与第二角度镜7反射光路垂直的位置处设置有输出镜9，输出镜9与第二角度镜7的距离依实际需求而定，输出镜9的一面镀有增透膜，以使光纤激光全透射出去。第一角度镜5、第二角度镜7、全反射镜8的设定为整个光路提高增益，使激光能量更均匀，集中。
需要特别指出的是，上述激光光斑圆度的优化方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种激光光斑圆度的优化系统的实施例。图2示出的是本发明实施例的激光光斑圆度的优化系统的光路原理示意图。
激光光斑圆度的优化系统，包括：
激光晶体3；
第一泵浦光源1，设置在激光晶体3的一侧；
第一凸透镜4，设置在激光晶体3和第一泵浦光源1之间；
第一角度镜5，设置在第一凸透镜4和激光晶体3之间；
第二泵浦光源2，与第一泵浦光源1对称的设置在激光晶体3的另一侧；
第二凸透镜6，设置在激光晶体3和第二泵浦光源2之间；
第二角度镜7，设置在第二凸透镜6和激光晶体3之间；
全反射镜8，设置在与第一角度镜5的反射光路垂直的位置处；以及
输出镜9，设置在与第二角度镜7的反射光路垂直的位置处，
其中，激光晶体3、第一泵浦光源1、第一凸透镜4、第二泵浦光源2和第二凸透镜6的中心共线。
如图2所示，该系统设定包括第一泵浦光源1、第二泵浦光源2、激光晶体3、第一凸透镜4、第一角度镜5、第二凸透镜6、第二角度镜7、全反射镜8、输出镜9。第一泵浦光源1与激光晶体3之间依次设有第一凸透镜4，第一角度镜5，第一凸透镜4位于远离激光晶体3的一端，第一角度镜5位于靠近激光晶体3的一端；第二泵浦光源2与激光晶体3之间依次设有第二凸透镜6，第二角度镜7，第二凸透镜6位于远离激光晶体3的一端，第二角度镜7位于靠近激光晶体3的一端，其相互之间的距离依实际需求设定。该系统通过设定第一和第二凸透镜4、6，第一和第二角度镜5、7及全反射镜8，使第一和第二泵浦光源1、2发出的光其焦斑聚焦于激光晶体3内，由于第一和第二凸透镜4、6设定不同的焦距比，从而产生不同直径的大小光斑，小光斑包含于大光斑内，不会出现交叉重叠现象，保证了光斑的圆度，降低了光斑圆度的调试难度。而且到达激光晶体5的光纤激光反射到第一角度镜5，再经第一角度镜5镀有高反膜的一面反射出去，与第一角度镜5反射光路垂直的位置处设置有全反射镜8，全反射镜8与第一角度镜5的距离依实际需求而定，全反射镜8反射光纤激光的一面也同样镀有高反膜,以使光纤激光全反射回去。同时，到达激光晶体5的光纤激光反射到第二角度镜7，再经第二角度镜7镀有高反膜的一面反射出去；与第二角度镜7反射光路垂直的位置处设置有输出镜9，输出镜9与第二角度镜7的距离依实际需求而定，输出镜9的一面镀有增透膜，以使光纤激光全透射出去。第一角度镜5、第二角度镜7、全反射镜8的设定为整个光路提高增益，使激光能量更均匀，集中。
在一个优选实施例中，该全反射镜8设置在垂直于第一角度镜5的反射光路并且使光纤激光完全反射回去的位置处。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

Claims (10)

1.一种激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第一凸透镜设置在第一泵浦光源和激光晶体之间；
将第二凸透镜设置在第二泵浦光源和所述激光晶体之间；
将第一凸透镜和第二凸透镜的焦距比设置为0.5-0.8的范围内；
第一泵浦光源发出的泵浦光经第一凸透镜后到达激光晶体中以产生小光斑；以及
第二泵浦光源发出的泵浦光经第二凸透镜后到达激光晶体中以产生大光斑，所述大光斑包含所述小光斑。
2.根据权利要求1所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，第一泵浦光源发出的泵浦光经第一凸透镜后到达激光晶体中以产生小光斑包括：第一泵浦光源发出的泵浦光经过第一凸透镜透射后产生平行光束，所述平行光束经第一角度镜透射后到达激光晶体中以产生小光斑。
3.根据权利要求1所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，第二泵浦光源发出的泵浦光经第二凸透镜后到达激光晶体中以产生大光斑，所述大光斑包含所述小光斑包括：第二泵浦光源发出的泵浦光经过第二凸透镜透射后产生平行光束，所述平行光束经第二角度镜透射后到达激光晶体中以产生大光斑，所述大光斑包含所述小光斑。
4.根据权利要求1所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜均垂直于所述第一泵浦光源、所述第二泵浦光源以及所述激光晶体的连线。
5.根据权利要求4所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，所述第一泵浦光源、所述第二泵浦光源以及所述激光晶体的连线的垂线与第一角度镜和第二角度镜之间的角度值为0-15°。
6.根据权利要求5所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，所述第一泵浦光源、所述第二泵浦光源以及所述激光晶体的连线的垂线与第一角度镜和第二角度镜之间的角度值为12.5°。
7.根据权利要求2所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，将全反射镜设置在与所述第一角度镜反射光路垂直的位置处以实现激光在所述激光晶体、所述全反射镜和所述第一角度镜之间的往复反射。
8.根据权利要求3所述的激光光斑圆度的优化方法，其特征在于，将输出镜设置在与所述第二角度镜反射光路垂直的位置处以实现部分激光的输出以及部分激光在所述激光晶体、所述输出镜和所述第二角度镜之间的往复反射。
9.一种激光光斑圆度的优化系统，其特征在于，包括：
激光晶体；
第一泵浦光源，设置在所述激光晶体的一侧；
第一凸透镜，设置在所述激光晶体和所述第一泵浦光源之间；
第一角度镜，设置在所述第一凸透镜和所述激光晶体之间；
第二泵浦光源，与所述第一泵浦光源对称的设置在所述激光晶体的另一侧；
第二凸透镜，设置在所述激光晶体和所述第二泵浦光源之间；
第二角度镜，设置在所述第二凸透镜和所述激光晶体之间；
全反射镜，设置在与所述第一角度镜的反射光路垂直的位置处；以及
输出镜，设置在与所述第二角度镜的反射光路垂直的位置处，
其中，所述激光晶体、所述第一泵浦光源、所述第一凸透镜、所述第二泵浦光源和所述第二凸透镜的中心共线。
10.根据权利要求9所述的激光光斑圆度的优化系统，其特征在于，所述全反射镜设置在垂直于所述第一角度镜的反射光路并且使光纤激光完全反射回去的位置处。
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