CN114063306A - 用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置,包括:基板,所述基板包括入射面和与所述入射面相对的出射面;其中,所述入射面包括高功率透射区域和高功率反射区域,所述高功率反射区域设为多个,所述高功率透射区域由多个所述高功率反射区域围合而成预设的形状,入射光束经过所述高功率透射区域由出射面输出形成目标光斑。通过一部分入射光束经由高功率反射区域反射出主光路,另一部分入射光束经由高功率透射区域由出射面输出形成目标光斑,既可实现对光束形态的精准调控,又可避免光阑吸收部分入射光能量导致损伤,从而可适应高功率激光的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及激光的技术领域,特别涉及一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置。
背景技术
在激光系统的传输光路中,为满足激光系统对激光光束特定形态的需求,通常会在光路中加入光阑,以实现对光束形态的精准调控,现有光阑结构主要为连续界面型滤波面,材质主要为金属、复合材料等对激光具有明显吸收的材料。随着激光器的发展,激光器的输出功率将不断提升,目前激光器的已知输出功率已可达几十千瓦量级,工作在这种高功率环境下的吸收式光阑表面接触光束的区域的寿命会大幅缩短,不利于激光系统中光束形态的持续精准调控,进而限制了激光系统的长期稳定运转。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置,通过一部分入射光束经由高功率反射区域反射出主光路,另一部分入射光束经由高功率透射区域由出射面输出形成目标光斑,既可实现对光束形态的精准调控,又可避免光阑吸收部分入射光能量导致损伤,从而能适应高功率激光的应用需求。
为解决上述问题,本发明提供了一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置,包括:基板,所述基板包括入射面和与所述入射面相对的出射面;其中,所述入射面包括高功率透射区域和高功率反射区域,所述高功率反射区域设为多个,所述高功率透射区域由多个所述高功率反射区域围合而成预设的形状,入射光束经过所述高功率透射区域由出射面输出形成目标光斑。
可选的,所述高功率透射区域和所述出射面均镀制高功率增透膜;所述高功率反射区域镀制高功率高反膜。
可选的,所述基板的材料包括熔石英、单晶硅、碳化硅或硫化锌。
可选的,所述高功率反射区域包括第一反射区域和第二反射区域,所述高功率透射区域位于所述第一反射区域和第二反射区域之间。
可选的,所述基板设置于所述入射光束的激光路径上,调节所述基板的摆放角度,以实现调节所述目标光斑的尺寸;其中,所述摆放角度为所述入射面与所述入射光束的夹角。
可选的,所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的椭圆形,以使所述目标光斑呈圆环形。
可选的,所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的矩形,以使所述目标光斑的内环和外环均呈矩形。
可选的,所述第一反射区域为椭圆形,所述高功率透射区域为矩形,且所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心,以使所述目标光斑的内环呈圆形和所述目标光斑的外环呈矩形。
可选的,所述高功率反射区域还包括第三反射区域,所述第一反射区域和第三反射区域均位于所述高功率透射区域内,且所述第一反射区域和第三反射区域均为椭圆形,所述高功率透射区域为矩形,以使所述目标光斑的外轮廓呈矩形,所述目标光斑内呈现两个圆形。
可选的,所述基板包括多个光学基板,多个所述光学基板相互连接形成所述基板,所述入射面为非连续界面;所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的矩形,且所述第一反射区域和所述高功率透射区域的边界为接缝,以使所述目标光斑的内环和外环均呈矩形。
可选的,光阑装置还包括底座,所述底座上设有插槽;所述基板的底面为斜面,且所述斜面与所述入射面的夹角为锐角;所述斜面与所述插槽配合。
可选的,所述基板包括第一基板和与所述第一基板平行间隔设置的第二基板,所述第一基板位于靠近所述入射光,所述第二基板的入射面镀制高功率增透膜;所述第一基板与第二基板组合用于扩大所述目标光斑。
可选的,所述基板为柱面镜、平面镜、球面镜和非球面镜中的任意一种。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
1、本发明实施例的技术方案通过一部分入射光束经由高功率反射区域反射出主光路,另一部分入射光束经由高功率透射区域由出射面输出形成目标光斑,既可实现对光束形态的精准调控,又可避免光阑吸收部分入射光能量导致损伤,从而可适应高功率激光的应用需求。
2、本发明实施例的技术方案可最大限度减小因光阑受光区域变形或损坏导致的激光光束失调风险,提升未来高功率激光系统的长期稳定工作能力及可靠性。
3、本发明实施例的技术方案利用光学滤波控形原理,依应用场景不同可得到不同的目标光斑,能满足高功率激光的应用范围广泛的需求。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的结构示意图;
图2是本发明实施例1提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的应用光路示意图;
图3是本发明实施例2提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的结构示意图;
图4是本发明实施例2提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的应用光路示意图;
图5是本发明实施例3提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的结构示意图;
图6是本发明实施例3提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的应用光路示意图;
图7是本发明实施例4提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的结构示意图;
图8是本发明实施例4提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的应用光路示意图;
图9是本发明实施例5提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的结构示意图;
图10是本发明实施例5提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的应用光路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明的实施例提供了一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置,包括:基板100,所述基板包括入射面11和与所述入射面11相对的出射面12;其中,所述入射面11包括高功率透射区域13和高功率反射区域14,所述高功率反射区域设为多个,所述高功率透射区域13由多个所述高功率反射区域14围合而成预设的形状,入射光束200经过所述高功率透射区域13由出射面12输出形成目标光斑300。基板100可为长方体、梯形体、多边形体或圆柱体等多种形状,在此处不做过多限定;入射光束200可由光源400发射,光源400可输出高功率的激光;一部分入射光束200经由高功率反射区域14反射出主光路,另一部分入射光束200经由高功率透射区域13由出射面12输出形成目标光斑300,既可实现对光束形态的精准调控,又可避免光阑吸收部分入射光能量导致损伤,从而能适应高功率激光的应用需求。可最大限度减小因光阑受光区域变形或损坏导致的激光光束失调风险,提升未来高功率激光系统的长期稳定工作能力及可靠性。
一些实施例中,所述高功率透射区域13和所述出射面12均镀制高功率增透膜;所述高功率反射区域14镀制高功率高反膜。
一些实施例中,所述基板100的材料包括熔石英、单晶硅、碳化硅或硫化锌。光学基板的材质可为对激光系统自身激光波长吸收较低的光学材料,以降低透反式多区滤波光阑装置自身基板对激光光束的干扰和损耗,例如:当激光系统自身激光波长为1um时,可采用熔石英作为光学基板的材料。
一些实施例中,为了获得圆环形、矩形环或内圆外方等光斑形状,优选的方案为所述高功率反射区域14包括第一反射区域141和第二反射区域142,所述高功率透射区域13位于所述第一反射区域141和第二反射区域142之间。
一些实施例中,所述基板设置于所述入射光束200的激光路径上,调节所述基板100的摆放角度,以实现调节所述目标光斑300的尺寸;其中,所述摆放角度为所述入射面11与所述入射光束200的夹角。基板100相对于入射光束200倾斜安装时,可使得一部分入射光束200经由高功率反射区域14反射出主光路。基板100的摆放角度可设为45度,可使得一部分入射光束200经由高功率反射区域14向上反射出主光路。这样既可实现对光束形态的精准调控,又可避免光阑吸收部分入射光能量导致损伤,从而能适应高功率激光的应用需求。
基板100的外形可为矩形、梯形、多边形、圆形等多种形状,以适应激光系统对光学元件及光束形态的特殊要求,例如:为实现圆形光束形态的精准调制,可使用椭圆形的光学基板。
一些实施例中,所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同圆心的椭圆形,以使所述目标光斑呈圆环形。可根据实际反射角度的需求,来设置椭圆环长短轴长度之比以及基板100的摆放角度以得到目标光斑呈圆环形。
一些实施例中,所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的矩形,以使所述目标光斑的内环和外环均呈矩形。可根据实际反射角度的需求,来设置矩形环长短边长度之比以及基板100的摆放角度以得到目标光斑呈矩形环。
一些实施例中,所述第一反射区域为椭圆形,所述高功率透射区域为矩形,且所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心,以使所述目标光斑的内环呈圆形和所述目标光斑的外环呈矩形。可根据实际反射角度的需求,来设置椭圆形长短轴以及基板100的摆放角度以得到目标光斑呈内圆外方形状。
一些实施例中,所述高功率反射区域还包括第三反射区域143,所述第一反射区域141和第三反射区域143均位于所述高功率透射区域13内,且所述第一反射区域141和第三反射区域143均为椭圆形,所述高功率透射区域13为矩形,以使所述目标光斑300的外轮廓呈矩形,所述目标光斑300内呈现两个圆形。
一些实施例中,所述基板包括多个光学基板,多个所述光学基板相互连接形成所述基板,所述入射面为非连续界面;所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的矩形,且所述第一反射区域和所述高功率透射区域的边界为接缝,以使所述目标光斑的内环和外环均呈矩形。基板100可由多块不同高功率膜系的光学基板组合而成,多块光学基板通过键合或者低吸收光胶粘合成一块非连续界面光学基板,根据具体使用要求,可按需将多块光学基板进行组合,例如:使用低吸收光胶粘合多块不同形状的光学基板,使其可以透射出矩形环状光斑。
一些实施例中,光阑装置还包括底座,所述底座上设有插槽;所述基板100的底面为斜面15,且所述斜面15与所述入射面11的夹角为锐角;所述斜面15与所述插槽配合。通过斜面15的导向可使得基板100易于插入底座,且斜面15与所述插槽配合,可使得基板100固定于底座上。
一些实施例中,所述基板包括第一基板和与所述第一基板平行间隔设置的第二基板,所述第一基板位于靠近所述入射光,所述第二基板的入射面镀制高功率增透膜;所述第二基板用于扩大所述目标光斑。例如:可采用一对矩形基板,基板为柱面镜,第一基板的入射面上的高功率透射区域13镀制高功率增透膜,高功率反射区域14镀制高功率高反膜,第一反射区域141和所述高功率透射区域13设为同心的矩形,且矩形环的长短边长度之比设置为相同的比例,以使目标光斑的内环和外环均呈矩形;输出的目标光斑入射第二基板,第二基板的入射面镀制高功率增透膜,这样对目标光斑实现横向扩束且输出矩形环光束形态。
一些实施例中,所述基板为柱面镜、平面镜、球面镜和非球面镜中的任意一种。
为了便于理解本发明实施例,以下将参考附图对本发明实施例进行详细描述用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置的应用光路,利用光学滤波控形原理,依应用场景不同可得到不同的目标光斑。
实施例1
如图1-图2所示,本实施例提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置包括基板100和底座,基板100通过斜面15以及侧面可固定于底座上;基板100的入射面11包括第一反射区域141、第二反射区域142和高功率透射区域13,第一反射区域141和高功率透射区域13为同圆心的椭圆形。可根据实际反射角度的需求,来设置椭圆环长短轴长度之比。光源400发射出矩形入射光束200,第一反射区域141和第二反射区域142镀制高功率高反膜,高功率透射区域13镀制高功率增透膜,与入射面11相对的面为出射面12,出射面12镀制高功率增透膜;实际光学系统中,可根据实际需求,设置基板100的摆放角度;矩形入射光束200到达入射面11时,入射在第一反射区域141和第二反射区域142的光线被反射走,入射在高功率透射区域13的光线透射,通过基板100后的目标光斑300为圆环形。
实施例2
如图3-图4所示,本实施例提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置包括基板100和底座,基板100通过斜面15以及侧面可固定于底座上;基板100的入射面11包括第一反射区域141、第二反射区域142和高功率透射区域13,第一反射区域141和高功率透射区域13为同心的矩形。可根据实际反射角度的需求,来设置矩形环的长短边长度之比。光源400发射出矩形入射光束200,第一反射区域141和第二反射区域142镀制高功率高反膜,高功率透射区域13镀制高功率增透膜,与入射面11相对的面为出射面12,出射面12镀制高功率增透膜;实际光学系统中,可根据实际需求,设置基板100的摆放角度;矩形入射光束200到达入射面11时,入射在第一反射区域141和第二反射区域142的光线被反射走,入射在高功率透射区域13的光线透射,通过基板100后的目标光斑300为矩形环。
实施例3
如图5-图6所示,本实施例提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置包括基板100和底座,基板100通过斜面15以及侧面可固定于底座上;基板100的入射面11包括第一反射区域141、第二反射区域142和高功率透射区域13,第一反射区域141为椭圆形,高功率透射区域13为矩形,且第一反射区域141和所述高功率透射区域13为同心。可根据实际反射角度的需求,来设置椭圆形的长短轴长度,以及矩形的长短边。光源400发射出椭圆形入射光束200,第一反射区域141和第二反射区域142镀制高功率高反膜,高功率透射区域13镀制高功率增透膜,与入射面11相对的面为出射面12,出射面12镀制高功率增透膜;实际光学系统中,可根据实际需求,设置基板100的摆放角度;椭圆形入射光束200到达入射面11时,入射在第一反射区域141和第二反射区域142的光线被反射走,入射在高功率透射区域13的光线透射,通过基板100后的目标光斑300呈内圆外方形状。
实施例4
如图7-图8所示,本实施例提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置包括基板100和底座,基板100通过斜面15以及侧面可固定于底座上;基板100的入射面11包括第一反射区域141、第二反射区域142、第三反射区域143和高功率透射区域13,第一反射区域141和第三反射区域143为椭圆形,高功率透射区域13为矩形。可根据实际反射角度的需求,来设置椭圆形的长短轴长度,以及矩形的长短边。光源400发射出矩形入射光束200,第一反射区域141、第二反射区域142和第三反射区域143镀制高功率高反膜,高功率透射区域13镀制高功率增透膜,与入射面11相对的面为出射面12,出射面12镀制高功率增透膜;实际光学系统中,可根据实际需求,设置基板100的摆放角度;矩形入射光束200到达入射面11时,入射在第一反射区域141、第二反射区域142和第三反射区域143的光线被反射走,入射在高功率透射区域13的光线透射,通过基板100后的目标光斑300外轮廓呈方形,目标光斑300内呈现两个圆形。
实施例5
如图9-图10所示,本实施例提供的一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置,包括基板100,基板100包括九块不同形状的光学基板,材质都可为熔石英,九块光学基板使用低吸收光胶粘合成长方体,入射面为非连续界面。光学基板F-4位于中心,其四周为光学基板C-4、D-4、E-4和G-4,光学基板A-4、B-4、G-4、H-4和I-4围合在光学基板C-4、D-4、E-4和G-4的外周。其中光学基板C-4、D-4、E-4和G-4的入射面,该四个区域镀制高功率增透膜,光学基板A-4、B-4、G-4、H-4、F-4和I-4的入射面,该五个区域镀制高功率高反膜,基板100的出射面全部镀制高功率增透膜,出射面与入射面相对。光学基板F-4的入射面为矩形,位于中心,为第一反射区域;光学基板C-4、D-4、E-4和G-4的入射面为高功率透射区域,第一反射区域和高功率透射区域构成同心的矩形,且第一反射区域和高功率透射区域的边界为接缝。光源400发射出矩形入射光束200,矩形入射光束200到达入射面11时,入射在光学基板F-4的入射面、光学基板A-4、B-4、G-4、H-4和I-4的入射面的光线被反射走,入射在光学基板C-4、D-4、E-4和G-4的入射面的光线透射,这样通过基板100后的目标光斑300的内环和外环均呈矩形。该用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置还可包括底座,在光学基板I-4的底面可设置斜面15,基板100通过斜面15以及侧面可固定于底座上;实际光学系统中,可根据实际需求,设置基板100的摆放角度。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种用于高功率激光的透反式多区滤波光阑装置,其特征在于,包括:
基板,所述基板包括入射面和与所述入射面相对的出射面;其中,
所述入射面包括高功率透射区域和高功率反射区域,所述高功率反射区域设为多个,所述高功率透射区域由多个所述高功率反射区域围合而成预设的形状,入射光束经过所述高功率透射区域由出射面输出形成目标光斑。
2.根据权利要求1所述的光阑装置,其特征在于,
所述高功率透射区域和所述出射面均镀制高功率增透膜;
所述高功率反射区域镀制高功率高反膜;
所述基板的材料包括熔石英、单晶硅、碳化硅或硫化锌。
3.根据权利要求1所述的光阑装置,其特征在于,
所述基板为柱面镜、平面镜、球面镜和非球面镜中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的光阑装置,其特征在于,所述高功率反射区域包括第一反射区域和第二反射区域,所述高功率透射区域位于所述第一反射区域和第二反射区域之间。
5.根据权利要求4所述的光阑装置,其特征在于,所述基板设置于所述入射光束的激光路径上,调节所述基板的摆放角度,以实现调节所述目标光斑的尺寸;其中,
所述摆放角度为所述入射面与所述入射光束的夹角。
6.根据权利要求5所述的光阑装置,其特征在于,所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的椭圆形,以使所述目标光斑呈圆环形。
7.根据权利要求5所述的光阑装置,其特征在于,所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的矩形,以使所述目标光斑的内环和外环均呈矩形。
8.根据权利要求5所述的光阑装置,其特征在于,所述第一反射区域为椭圆形,所述高功率透射区域为矩形,且所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心,以使所述目标光斑的内环呈圆形和所述目标光斑的外环呈矩形。
9.根据权利要求5所述的光阑装置,其特征在于,所述高功率反射区域还包括第三反射区域,所述第一反射区域和第三反射区域均位于所述高功率透射区域内,且所述第一反射区域和第三反射区域均为椭圆形,所述高功率透射区域为矩形,以使所述目标光斑的外轮廓呈矩形,所述目标光斑内呈现两个圆形。
10.根据权利要求5所述的光阑装置,其特征在于,所述基板包括多个光学基板,多个所述光学基板相互连接形成所述基板,所述入射面为非连续界面;
所述第一反射区域和所述高功率透射区域为同心的矩形,且所述第一反射区域和所述高功率透射区域的边界为接缝,以使所述目标光斑的内环和外环均呈矩形。
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