CN116295815A - 基于反射的激光光束检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射的激光光束检测系统及方法，包括两个反射棱镜，反射棱镜背面为锥棱镜，正面为平面镜。两个反射棱镜的平面镜相对而放，平面镜接触光的部分是相互平行的，本发明利用两个反射棱镜面相对而放，平面镜接触光的部分是相互平行的，根据激光功率的不同，相对移动两个镜片的相对位置，保证入射光束与出射光束均是不经过透射的方式传播出去的，并且根据功率的高低决定光束的折转次数，相对调节两片反射棱镜的相对距离及调节两片镜片的相对水平位置的角度，目的就是实现入射光斑与出射光斑的位置不变，便于使用，实现无论是正入射还是斜入射都可以将透射的光斑在不同的棱的位置将光斑裂变，降低透射的非使用的每束光的能量。

Description

基于反射的激光光束检测系统及其方法

技术领域

本发明属于检测系统技术领域，具体涉及一种基于反射的激光光束检测系统及方法。

背景技术

随着工业激光加工的蓬勃发展，激光的运用范围越来越广泛，功率也在逐渐的提高，激光加工质量也在随着要求不断的挺高，那么对光束的质量的要求也越来越高，此时对激光光束的质量的检测是至关重要的，激光光束质量的检测包含准直光束的检测以及聚焦光束的检测，对于准直光束的检测方法比较多，利用反射式透射式均可以实现，因为这两种方法不会对光路产生额外的像差的影响，对光程的长短也没有特殊的要求；对于聚焦光束的检测，就不能随意的选择检测方法，在聚焦的光路中，光束的聚焦位置是由聚焦系统的工作距离决定的，而聚焦光斑的大小是由聚焦系统的入射光斑决定的，检测的时候要能同时满足这两个需求并且不引入额外的像差，常规的方法是采用双光楔反射衰减的方式，以及匹配吸收衰减片的方式对激光光束的能量进行衰减，缺点就是双光楔需要根据实际的入射光斑尺寸以及光程来设计，必须折转光路的光程小于聚焦系统的光程这样才能正常的检测聚焦光斑的大小，而折中折转光路都是90度折转，对于光程的长度是很难减少的，后面在匹配吸收衰减，吸收衰减是由于材料本身的特性决定，就是吸收大部分的光，透射少部分的光，那么材料本身的损伤是很小的，特别容易损伤，并不适合大功率的激光的衰减，并且在光束的数值孔径大的情况下会引入额外的像差。为此，我们提出一种基于反射的激光光束检测系统及其方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反射的激光光束检测系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于反射的激光光束检测系统，包括两个反射棱镜，所述反射棱镜背面为锥棱镜，正面为平面镜，两个反射棱镜的平面镜相对而放，平面镜接触光的部分是相互平行的，所述反射棱镜的后方分别增加吸光装置，将透射的裂变的光束吸收掉；

激光发射器用于发出光束；

光束入射角度与反射棱镜的倾斜角度的关系是α＝90°-θ，反射次数为经过两个反射棱镜的反射次数，定义为n，两个反射棱镜的间距为t，光束经反射棱镜反射后的光斑的尺寸为D，入射光束与出射光束的间距为H，对应关系为sin(θ)＝H/(2*n*t)，H≥2D，反射棱镜的反射透射衰减比为1：24，根据光束入射的功率值的大小，调节n，t，θ的数值得到衰减后的光束能量值为1mW，反射棱镜的尺寸为≥4D，光束的入光与出光的间距为H。

本发明还提供了一种基于反射的激光光束检测系统的检测方法，具体包括以下步骤：

S1、相对移动两个反射棱镜的相对位置，保证入射光束与出射光束均是不经过透射的方式传播出去，并且根据激光发射器功率的高低决定光束的折转次数，即衰减比，每次光束的反射中心的相对位置为两个光斑的大小，即光斑的尺寸为D，那么反射后下一次入射到此镜片的光斑的位置与第一个光斑的的间距为≥2D的尺寸；

为了保证激光的入射位置与出射位置是一致的，会相对调节两片反射棱镜的相对距离及调节两片镜片的相对水平位置的角度，目的就是实现入射光斑与出射光斑的位置不变；

采用的双片偶次反射实现光束的衰减，在激光的透射的两个反射棱镜的不同位置，即反射棱镜的后表面采用≥三角方式的锥镜实现光束的裂变；

S2、锥棱镜的棱数及锥棱镜底部尺寸取决于可测试的光斑的大小，锥棱镜底部尺寸为光斑直径的1/2,实现光束无论是正入射还是斜入射都可以将光斑在不同的棱的位置将光斑裂变，降低每束光的能量；

S3、在锥棱镜的后方分别增加吸光装置，将透射的光束吸收掉，减少对主光路的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于反射的激光光束检测系统及其方法，本发明利用两个反射棱镜面相对而放，镜片的接触光的部分是相互平行的，根据激光功率的不同，相对移动两个镜片的相对位置，保证入射光束与出射光束均是不经过透射的方式传播出去的，并且根据功率的高低决定光束的折转次数，为了保证激光的入射位置与出射位置是一致的，会相对调节两片反射棱镜的相对距离及调节两片镜片的相对水平位置的角度，目的就是实现入射光斑与出射光斑的位置不变，便于使用，实现无论是正入射还是斜入射都可以将透射的光斑在不同的棱的位置将光斑裂变，降低透射的非使用的每束光的能量，在棱镜的后方分别增加吸光装置，可以将透射的光束吸收掉，减少对主光路的影响。

附图说明

图1为本发明光路传输参数示意图；

图2为本发明平行光路两次反射传输示意图；

图3为本发明平行光路四次反射传输示意图；

图4为本发明平行光路六次反射传输示意图；

图5为本发明三棱锥棱镜部分光束第一分布示意图；

图6为本发明三棱锥棱镜部分光束第二分布示意图；

图7为本发明五棱锥棱镜部分光束第一分布示意图；

图8为本发明六棱锥棱镜部分光束第二分布示意图；

图9为本发明经过三棱锥棱镜后的光斑分布示意图；

图10为本发明经过五棱锥棱镜后的光斑分布示意图；

图11为本发明聚焦光路传输示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-11，实施例如下：一种基于反射的激光光束检测系统，包括两个反射棱镜，所述反射棱镜背面为锥棱镜，正面为平面镜，两个反射棱镜的平面镜相对而放，平面镜接触光的部分是相互平行的，所述反射棱镜的后方分别增加吸光装置，将透射的裂变的光束吸收掉；激光发射器用于发出光束；

光束入射角度与反射棱镜的倾斜角度的关系是α＝90°-θ，反射次数为经过两个反射棱镜的反射次数，定义为n，两个反射棱镜的间距为t，光束经反射棱镜反射后的光斑的尺寸为D，入射光束与出射光束的间距为H，对应关系为sin(θ)＝H/(2*n*t)，H≥2D，反射棱镜的反射透射衰减比为1：24，根据光束入射的功率值的大小，调节n，t，θ的数值得到衰减后的光束能量值为1mW，反射棱镜的尺寸为≥4D，光束的入光与出光的间距为H。

本发明还提供了一种基于反射的激光光束检测系统的检测方法，具体包括以下步骤：

S1、根据激光发射器功率的不同，相对移动两个反射棱镜的相对位置，保证入射光束与出射光束均是不经过透射的方式传播出去，并且根据激光发射器功率的高低决定光束的折转次数，即衰减比，每次光束的反射中心的相对位置为两个光斑的大小，即光斑的尺寸为D，那么反射后下一次入射到此镜片的光斑的位置与第一个光斑的的间距为≥2D的尺寸；

为了保证激光的入射位置与出射位置是一致的，会相对调节两片反射棱镜的相对距离及调节两片镜片的相对水平位置的角度，目的就是实现入射光斑与出射光斑的位置不变；

采用的双片偶次反射实现光束的衰减，在激光的透射的两个反射棱镜的不同位置，即反射棱镜的后表面采用≥三角方式的锥镜实现光束的裂变；

S2、锥棱镜的棱数及锥棱镜底部尺寸取决于可测试的光斑的大小，锥棱镜底部尺寸为光斑直径的1/2,实现光束无论是正入射还是斜入射都可以将光斑在不同的棱的位置将光斑裂变，降低每束光的能量；

S3、在锥棱镜的后方分别增加吸光装置，将透射的光束吸收掉，减少对主光路的影响。

两个反射棱镜以及反射棱镜后方的吸光装置为一体化设置，通过这样的一体化设计，配套衰减方案设计，可测直径低至40um光斑，支持实时曝光及增益调节。该系统可以对连续可见激光光斑进行采样，分析得到激光光斑中心，半径，椭圆比等，并对光强能量场进行二维和三维显示。

可广泛用于需要对激光光斑形状进行检测得场合，如激光生产，维护以及激光应用。也常用于光学器件质量检查，激光腔镜调整，外光路准直，光纤对准耦合分析等。目前已作为成熟产品在市场推广，性价比很高，获得大量客户认同。

光斑尺寸及功率定制：

可为客户定制不同需求的光斑分析仪，不同的激光束直径，激光功率等。

基础款：可测试直径40um-4.5mm光斑；

定制款A：可测直径约6mm光斑；

定制款B：可测直径约9mm光斑。

基础款可测低功率的毫瓦级激光，也可定制大功率激光测试需求，通过客户的激光功率，提供适合的衰减方案，在大功率方面可至400W。

综上所述，与现有技术相比，本发明利用两个反射棱镜面相对而放，镜片的接触光的部分是相互平行的，根据激光功率的不同，相对移动两个镜片的相对位置，保证入射光束与出射光束均是不经过透射的方式传播出去的，并且根据功率的高低决定光束的折转次数，为了保证激光的入射位置与出射位置是一致的，会相对调节两片反射棱镜的相对距离及调节两片镜片的相对水平位置的角度，目的就是实现入射光斑与出射光斑的位置不变，便于使用，实现无论是正入射还是斜入射都可以将透射的光斑在不同的棱的位置将光斑裂变，降低透射的非使用的每束光的能量，在棱镜的后方分别增加吸光装置，可以将透射的光束吸收掉，减少对主光路的影响。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于反射的激光光束检测系统，包括两个反射棱镜，其特征在于：所述反射棱镜背面为锥棱镜，正面为平面镜，两个反射棱镜的平面镜相对而放，平面镜接触光的部分是相互平行的，所述反射棱镜的后方分别增加吸光装置，将透射的裂变的光束吸收掉；

光束入射角度与反射棱镜的倾斜角度的关系是α＝90°-θ，反射次数为经过两个反射棱镜的反射次数，定义为n，两个反射棱镜的间距为t，光束经反射棱镜反射后的光斑的尺寸为D，入射光束与出射光束的间距为H，对应关系为sin(θ)＝H/(2*n*t)，H≥2D，反射棱镜的反射透射衰减比为1：24，根据光束入射的功率值的大小，调节n，t，θ的数值得到衰减后的光束能量值为1mW，反射棱镜的尺寸为≥4D，光束的入光与出光的间距为H。

2.一种权利要求1所述的基于反射的激光光束检测系统的检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、相对移动两个反射棱镜的相对位置，保证入射光束与出射光束均是不经过透射的方式传播出去，并且根据激光发射器功率的高低决定光束的折转次数，即衰减比，每次光束的反射中心的相对位置为两个光斑的大小，即光斑的尺寸为D，那么反射后下一次入射到此镜片的光斑的位置与第一个光斑的的间距为≥2D的尺寸；

为了保证激光的入射位置与出射位置是一致的，会相对调节两片反射棱镜的相对距离及调节两片镜片的相对水平位置的角度，目的就是实现入射光斑与出射光斑的位置不变；

采用的双片偶次反射实现光束的衰减，在激光的透射的两个反射棱镜的不同位置，即反射棱镜的后表面采用≥三角方式的锥镜实现光束的裂变；

S2、锥棱镜的棱数及锥棱镜底部尺寸取决于可测试的光斑的大小，锥棱镜底部尺寸为光斑直径的1/2,实现光束无论是正入射还是斜入射都可以将光斑在不同的棱的位置将光斑裂变，降低每束光的能量；

S3、在锥棱镜的后方分别增加吸光装置，将透射的光束吸收掉，减少对主光路的影响。

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