CN117970651A - 光学组件和光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光学组件和光学系统，涉及光学领域。该光学组件包括部分反射镜和反射镜组；部分反射镜配置为接收平行光，并输出第一目标光束和透射光束；反射镜组配置为接收透射光束并向部分反射镜反射第一镜组反射光束，接收部分反射镜反射光束并向部分反射镜反射第二镜组反射光束；部分反射镜还配置为透射第一镜组反射光束和第二镜组反射光束，以产生第二目标光束。本申请实施例提供的光学组件能够将入射的平行光的能量分次输出，并且能够调整输出光线的传输路径；基于本申请实施例提供的光学组件建立的光学系统能够得到距离可调的多个焦点，对于激光加工领域而言，能够适应于不同材料和切割厚度的需求，有利于提高加工的效率和质量。

Description

光学组件和光学系统

技术领域

本申请涉及光学领域，具体而言，涉及一种光学组件和光学系统。

背景技术

在激光加工应用中，采用同轴双焦点或多焦点技术能够有效提高聚焦光束的能量集中长度，有助于提高激光加工的效率和效果。针对不同厚度的板材加工应用，理论上需要针对每种厚度设计最佳的焦点间距，以最大程度地提升加工效率。

目前，激光同轴多焦点主要存在三个典型的方法，第一为基于DOE或类似的微光学元件的技术，是利用微光学元件实现对入射光束的分割和调制；第二为基于晶体双折射效应的光学器件的技术，是利用晶体的双折射特性实现对光线的偏折和聚焦；第三是单镜片同轴环分光方式的技术，利用单一镜片的特殊设计，使得光线在镜片表面发生多次反射，从而形成多个同轴焦点。

但是，通过以上三种方案获得的多焦点之间的间距均无法调整，无法适应激光加工领域的不同材料和厚度的需求，导致激光加工的效率降低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种光学组件和光学系统，该光学组件能够将入射的平行光的能量分次输出，并且能够调整输出光线的传输路径，基于本申请实施例提供的光学组件建立的光学系统能够得到距离可调的多个焦点，对于激光加工领域而言，能够适应于不同材料和切割厚度的需求，有利于提高加工的效率和质量。

第一方面，本申请实施例提供一种光学组件，光学组件包括部分反射镜和反射镜组；部分反射镜配置为接收平行光，并输出第一目标光束和透射光束；其中，第一目标光束为平行光经部分反射镜反射的反射光；反射镜组配置为接收透射光束并向部分反射镜反射第一镜组反射光束，接收部分反射镜反射光束并向部分反射镜反射第二镜组反射光束；其中，部分反射镜反射光束为透射光束被反射镜组反射至部分反射镜，经部分反射镜反射的光束；部分反射镜还配置为透射第一镜组反射光束和第二镜组反射光束，以产生第二目标光束。

在上述实现过程中，本申请实施例提供的光学组件包括部分反射镜和反射镜组，通过部分反射镜接收平行光束并形成第一目标光束和透射光束。部分反射镜，如分光镜采用高透性材料制成，其两个镜面分别镀有增透膜或减反膜和分光膜，以实现光束的分离。反射镜组接收透射光束，并将其反射为第一镜组反射光束，然后再次反射至部分反射镜，以透射得到第二目标光束。由此可知，该光学组件通过多次反射和透射过程，实现了光束的分割和整合，为光学应用(例如，基于该光学组件调制形成的光束进一步形成多焦点的光束)提供了高效的光束控制和传输方案。

可选地，在本申请实施例中，反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜；第一反射镜配置为反射透射光束以产生第一反射光束，反射部分反射镜反射光束以产生第二反射光束；第二反射镜配置反射第一反射光束以产生第一镜组反射光束，反射第二反射光束以产生第二镜组反射光束；其中，部分反射镜、第一反射镜和第二反射镜的法线共面。

在上述实现过程中，本申请提供的光学组件包括反射镜组，其中反射镜组由第一反射镜和第二反射镜组成。通过透射光束在第一反射镜和第二反射镜之间的反射和传输，产生了第二目标光束，实现了光束的反射、传输和整合，有效地控制光束的方向和路径；同时，该设计能够实现光学路径的闭环循环，使得光束的反射和传输能够在该光学组件中持续进行，从而进一步提高了光学组件的稳定性和可靠性，也提高了对入射的平行光束的能量利用率。

可选地，在本申请实施例中，第一反射镜和第二反射镜一者为自适应反射镜，一者为平面反射镜；其中，自适应反射镜为反射面形状可变的反射镜。

在上述实现过程中，本申请提供的可选实施例中，利用自适应反射镜和平面反射镜组成的反射镜组，实现了对入射光束的动态调节和控制。其中自适应反射镜的反射面形状可变，可以根据需要进行相应的调整，而平面反射镜保持固定的反射面形状。因此，本申请实施例提供的光学组件可以实现光束的自适调制和偏转，并具有根据实际需求(例如，光束汇聚后焦点的距离需求)进行相应调整的能力。

可选地，在本申请实施例中，平面反射镜包括平面反射面；平面反射面设置于平面反射镜中朝向部分反射镜的方向的端面；平面反射面的材料包括高反射性材料，或镀有高反射膜的高透射性材料。

在上述实现过程中，本申请实施例反射镜组中的平面反射镜的反射面为高反射性的反射面，对于平面反射镜的反射面而言，传输至平面反射镜的反射面的透射光束或者部分反射镜反射光束大部分都会被反射，极少部分通过该平面反射镜透射，从而可以减小光束在被投射、反射和调制的过程的能量损失。

可选地，在本申请实施例中，平行光经过部分反射镜和反射镜组的所有光束偏转角之和为180°；其中，光束偏转角为每一反射镜面的入射光束和反射光束之间的夹角。

在上述实现过程中，通过限定所有光束偏转角之和为180°，本申请可以在实际的光学组件装配过程中，准确限定部分反射镜、第一反射镜、第二反射镜的安装角度，从而能够精确的控制光束偏转的角度，助于提高光学组件的传输效率和性能稳定性，并且可方便光学组件的装配。

第二方面，本申请实施例提供一种光学系统，光学系统包括聚焦镜和本申请第一方面的光学组件；光学组件配置为接收平行光，并输出第一目标光束和第二目标光束；聚焦镜配置为聚焦第一目标光束和第二目标光束，并形成具有目标焦点的光束。

可选地，在本申请实施例中，光学组件的自适应反射镜包括可变反射面；可变反射面设置于自适应反射镜中朝向部分反射镜的方向的端面。

可选地，在本申请实施例中，可变反射面包括凹面或凸面或平面；其中，凹面或凸面配置为改变第一镜组反射光和第二镜组反射光的光路，使目标焦点不重合；平面配置为使目标焦点重合。

在上述实现过程中，若第一反射镜和第二反射镜均为平面反射镜，那么光学组件输出的仍然为平行光。进一步地，平行光入射聚焦镜，聚焦镜对平行光线进行汇聚，得到多个焦点重合的目标焦点。在激光加工领域，在多焦点间距为0时即多焦点重合的情况下，有利于如激光切割中的激光穿孔及超薄板切割，多焦点重合可以提高激光能量的集中度，增强激光对工件的作用能量，从而更有效地实现穿孔和切割。可以通过控制自适应反射镜的反射面形状来控制焦点与聚焦镜之间的距离，在激光加工领域，针对不同厚度的薄、中、厚板材的加工，通过调整多焦点间距，可以控制激光对工件的作用方式，从而获得最佳的加工工艺和切割效果。通过调整焦点之间的距离的方法来控制能量的输出具有很强的兼容性，可以适用于不同类型和厚度的板材加工，提高了加工的灵活性和效率。

可选地，在本申请实施例中，其中，目标焦点之间的距离随所述自适应反射镜的焦距的绝对值的增大而减小，反之减小而增大。

可选地，在本申请实施例中，光学系统还包括准直镜，准直镜配置为将入射光准直为平行光或近平行光。

在上述实现过程中，目标焦点之间的距离随所述自适应反射镜的焦距的绝对值的增大而减小(非线性变化)，反之减小而增大(非线性变化)。因此，可以通过控制自适应反射镜的焦距和反射面类型来控制被分割后的光束经过聚焦镜后的焦点之间的距离，从而使光学系统能够适应不同加工需求和材料特性，提高了加工过程的灵活性和可控性。

本申请实施例提供的一种光学组件能够将入射的平行光的能量分次输出，并且能够调整输出光线的传输路径，较DOE等微光学元件来讲能量利用率高且成本低，对激光器兼容性强并不受参数差异影响，对组装要求并不苛刻，且容易实现；基于本申请实施例提供的光学组件建立的光学系统能够得到距离可调的多个焦点，对于激光加工领域而言，能够适应于不同材料和切割厚度的需求，有利于提高加工的效率和质量。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的光学组件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的光束经光学组件的第一光路示意图；

图3为本申请实施例提供的光束经光学组件的第二光路示意图；

图4为本申请实施例提供的光束经光学组件的第三光路示意图；

图5为本申请实施例提供的光束经光学系统的第一光路示意图；

图6为本申请实施例提供的光束经光学系统的第二光路示意图；

图7为本申请实施例提供的光束经光学系统的第三光路示意图；

图8为本申请实施例提供的光学系统的另一种结构示意图；

图9为本申请实施例提供的自适应反射镜为凹面反射镜且焦距为2.5m的情况下的聚焦光束段剖面图；

图10为本申请实施例提供的自适应反射镜为凹面反射镜且焦距为5m的情况下的聚焦光束段剖面图；

图11为本申请实施例提供的自适应反射镜为平面反射镜的情况下的聚焦光束段剖面图；

图12为本申请实施例提供的自适应反射镜为凸面反射镜且焦距为-5m的情况下的聚焦光束段剖面图；

图13为本申请实施例提供的自适应反射镜为凸面反射镜且焦距为-2.5m的情况下的聚焦光束段剖面图。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

同轴多焦点技术在激光加工领域具有重要意义，能够有效改善加工工艺，提高加工效率和效果。

激光加工领域包括激光切割和激光焊接。

在激光切割行业，采用同轴多焦点技术能够显著提高切割断面的质量和切割效率。通过同轴多焦点技术，激光能够更加均匀地分布在切割线上，从而产生更加平整、光滑的切割断面。同时，同轴多焦点技术还能够提升切割板材的厚度范围，使得激光切割在更广泛的应用领域中发挥作用。

在激光焊接中，常规单焦点的焊接方式在焊接厚板时穿透力较弱，这限制了其在厚板焊接应用中的应用范围。然而，采用同轴多焦点技术可以有效延长光束的穿透深度，从而提高焊接的穿透力；能够使焊缝更加牢固，同时还能够降低焊接过程中的变形和残余应力，从而提高焊接质量和稳定性。

目前，激光同轴多焦点主要存在三个典型的方法：基于DOE或类似的微光学元件的技术、基于晶体双折射效应的光学器件的技术、单镜片同轴环分光方式的技术。

基于DOE或类似的微光学元件的技术，利用微光学元件，如二维光栅或迷你透镜阵列(MLA)，通过微观结构的设计和控制，实现对入射光束的分割和调制，从而实现多个同轴焦点的形成。该方案虽然能够实现多焦点，但其获得的多焦点间距不可调整，同时光束能量利用效率不高，部分光束可能会形成杂散光。此外，制造这种光学元件难度大，成本较高，在激光加工应用中存在一些使用缺陷，例如在激光切割中，穿孔与切割无法同时有效进行，导致穿孔效率低下；在不同板材加工中，无法最大程度地提升加工能力。

基于晶体双折射效应的光学器件的技术，利用晶体的双折射特性，通过调节晶体的电场或温度，实现对光线的偏折和聚焦，从而形成多个同轴焦点。但是，该方案所获得的多焦点间距也是不可调整的，并且由于晶体具有双折射特性，需要按照特定方向加工和使用镜片才能达到设计效果；从而导致了制造难度和组装精度要求极高，同时也存在一些使用缺陷，如在激光切割中，穿孔与切割无法同时有效进行，导致穿孔效率低下；在不同板材加工中，无法最大程度地提升加工能力。

单镜片同轴环分光方式的技术，例如内圈曲率半径与外圈曲率半径不同的常规双焦点镜片；利用单一镜片的特殊设计，使得光线在镜片表面发生多次反射，从而形成多个同轴焦点。这种方式同样无法调整焦点间距，还对入射光束直径、光斑圆度、同轴度等有极高要求。如果存在直径差异大，将导致多个焦点的分光比例发生明显变化；光斑圆度差异大会造成光斑最终形状问题；同轴度差异大会导致最终聚焦光斑能量分布对称性问题，进而引起加工应用的各向一致性问题。

综合来看，通过以上三种方案获得的多焦点之间的间距均无法调整，且存在一定的加工难度，无法适应激光加工领域的不同材料和厚度的需求，从而导致激光加工的效率降低。

基于此，本申请提出一种光学组件和光学系统。该光学组件包括部分反射镜和反射镜组，通过部分反射镜和反射镜组能够实现对入射光(平行光或近平行光)的分割和调制，能够改变光束的传播路径；本申请实施例提供的光学组件能够将入射的平行光的能量分次输出，并且能够调整输出光线的传输路径；基于本申请实施例提供的光学组件建立的光学系统能够得到距离可调的多个焦点，对于激光加工领域而言，能够适应于不同材料和切割厚度的需求，有利于提高加工的效率和质量。

请参看图1，图1为本申请实施例提供的光学组件的结构示意图；本申请提供一种光学组件，该光学组件100包括部分反射镜110和反射镜组120。

所述部分反射镜110配置为接收平行光，并输出第一目标光束和透射光束。需要说明的是，所述第一目标光束为所述平行光经所述部分反射镜110反射的反射光；也就是说，平行光入射本申请提供的光学组件100之后被部分反射镜110反射和透射，反射部分为第一目标光束，透射部分为透射光束；通过部分反射镜110的设置，实现了对入射光束的初步调制和分割。

需要注意的是，本申请实施例中的平行光并非绝对平行光，近平行光也在本申请的保护范围之内。

示例性地，部分反射镜110为可以为分光镜，分光镜的材料对入射光束对应波长具有高透性。分光镜的两个镜面一个镜面镀增透膜或减反膜，一个镜面镀分光膜，实现对入射光束的分离。分光膜分光比例满足反射与透射比R：T在10％：90％至90％：10％，在反射与透射比在30％：70％至70％：30％，反射光和透射光例比更优。

反射镜组120，反射镜组120配置为接收所述透射光束并向所述部分反射镜110反射第一镜组反射光束，接收部分反射镜110反射光束并向所述部分反射镜110反射第二镜组反射光束。

在本申请一个实施例中，所提供的反射镜组120至少包括两个反射镜，反射镜的类型可相同或不同，例如一个曲面反射镜和一个平面反射镜，或者两个平面反射镜，其他组合能够保证反射镜组120的反射光线能够在传输损失较小的情况下传输至部分反射镜110即可。

所述部分反射镜110还配置为透射所述第一镜组反射光束和第二镜组反射光束，以产生第二目标光束。

上述的部分反射镜110反射光束为所述透射光束被所述反射镜组120反射至所述部分反射镜110，经所述部分反射镜110反射的光束。当透射光速传输至反射镜组120时，反射镜组120会对透射光束进行反射，反射镜组120对透射光束反射的反射光束又会传输至部分反射镜110，从而产生一部分透射光束(上述的第二目标光束)和一部分反射光束(上述部分反射镜110反射光束)。值得注意的是，上述的部分反射镜110反射光束会再次传输至反射镜组120，如此重复，每次反射到部分反射镜110都会反射一部分反射光束并传输至反射镜组120；因此，上述的第二目标光束和部分反射镜110反射光束都包括了多条光束，而非单一光束。

通过图1可知，本申请实施例提供的光学组件100包括部分反射镜110和反射镜组120，通过部分反射镜110接收平行光束并形成第一目标光束和透射光束。部分反射镜110，如分光镜采用高透性材料制成，其两个镜面分别镀有增透膜或减反膜和分光膜，以实现光束的分离。反射镜组120接收透射光束，并将其反射为第一镜组反射光束，然后再次反射至部分反射镜110，以透射得到第二目标光束。由此可知，该光学组件100通过多次反射和透射过程，实现了光束的分割和整合，为光学应用(例如，基于该光学组件调制形成的光束进一步形成多焦点的光束)提供了高效的光束控制和传输方案。

以反射镜组120包括两个反射镜为例，请参看图2，图2为本申请实施例提供的光束经光学组件的第一光路示意图；本申请实施例提供的光学组件100的反射镜组120包括第一反射镜121和第二反射镜122。如图2所示，部分反射镜110、第一反射镜121和第二反射镜122的法线共面。

所述第一反射镜121配置为反射所述透射光束以产生第一反射光束，反射所述部分反射镜110反射光束以产生第二反射光束。

所述第二反射镜122配置反射所述第一反射光束以产生所述第一镜组反射光束，反射所述第二反射光束以产生所述第二镜组反射光束。

在上述过程中，透射光束传输至第一反射镜121后，第一反射镜121反射该透射光束产生第一反射光束；进一步地，第一反射光束传输至第二反射镜122，第二反射镜122反射该第一反射光束，形成上述的第一镜组反射光束；该第一镜组反射光束传输至部分反射镜110，部分反射镜110反射该第一镜组反射光束产生上述的部分反射镜110反射光束，同时透射该第一镜组反射光束形成第二目标光束的分量。进一步地，部分反射镜110反射光束再次传输至第一反射镜121，光束经过第一反射镜121、第二反射镜122，再次产生第二目标光束的分量，并如此循环。

通过图2可知，本申请提供的光学组件100包括反射镜组120，其中反射镜组120由第一反射镜121和第二反射镜122组成。通过透射光束在第一反射镜121和第二反射镜122之间的反射和传输，产生了第二目标光束，实现了光束的反射、传输和整合，有效地控制光束的方向和路径；同时，该设计能够实现光学路径的闭环循环，使得光束的反射和传输能够在该光学组件中持续进行，从而进一步提高了光学组件100的稳定性和可靠性。

在一可选的实施例中，第一反射镜121和所述第二反射镜122一者为自适应反射镜，一者为平面反射镜。

自适应反射镜为反射面形状可变的反射镜，其反射面可以根据外界条件或控制信号的调节而变化，可从凹面逐渐变成平面或者凸面，从而实现对入射光束的调控和控制。自适应反射镜通常利用压电效应、电磁效应、液体介质驱动或气体介质驱动等原理来调节反射面的形状，使其能够实现对光束的聚焦、分散、偏转或调制等功能。

由此可知，本申请提供的可选实施例中，利用自适应反射镜和平面反射镜组成的反射镜组120，实现了对入射光束的动态调节和控制。其中自适应反射镜的反射面形状可变，可以根据需要进行相应的调整，而平面反射镜保持固定的反射面形状。因此，本申请实施例提供的光学组件100可以实现光束的自适调制和偏转。

请继续参看图2，图2中的第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为自适应反射镜，图2中的自适应反射镜也为平面反射镜；图2中入射光束(平行光或近平行光)入射部分反射镜110，以光线A为例，说明其在光学组件100中的传输路径。

光A入射部分反射镜110，部分反射镜110反射入射光A得到第一目标光A1，部分反射镜110透射入射光A得到透射光A2，透射光A2被第一反射镜121反射得到第一反射光A3，第一反射光A3被第二反射镜122反射输出第一镜组反射光A4，第一镜组反射光A4被部分反射镜110透射输出第二目标光A5和部分反射镜110反射光A6，部分反射镜110反射光A6被第一反射镜121反射输出第一反射光A7，第一反射光A7被第二反射镜122反射输出第二镜组反射光A8，第二镜组反射光A8被部分反射镜110透射输出第二目标光A9和部分反射镜110反射光A10……反射到部分反射镜110的反射光每次都会产生一个第二目标光束和部分反射镜110反射光束，如此重复，不再赘述。

通过图2可知，若第一反射镜121和第二反射镜122均为平面反射镜，则由于光束从入射到输出的过程中未经过凹面镜或凸面镜的调制，那么光学组件100输出的仍然为平行光。

请参看图3，图3为本申请实施例提供的光束经光学组件的第二光路示意图；图3中的第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为自适应反射镜，图3中的自适应反射镜为凹面反射镜；图3中入射光束(平行光或近平行光)入射部分反射镜110，以光线B和光线C为例，说明其在光学组件100中的传输路径。

光B入射部分反射镜110，部分反射镜110反射入射光B得到第一目标光B1，部分反射镜110透射入射光B得到透射光B2，透射光B2被第一反射镜121反射得到第一反射光B3，第一反射光B3被第二反射镜122反射输出第一镜组反射光B4，第一镜组反射光B4被部分反射镜110透射输出第二目标光B5和部分反射镜110反射光B6，部分反射镜110反射光B6被第一反射镜121反射输出第一反射光B7，第一反射光B7被第二反射镜122反射输出第二镜组反射光B8，第二镜组反射光B8被部分反射镜110透射输出第二目标光B9和部分反射镜110反射光B10……反射到部分反射镜110的反射光每次都会产生一个第二目标光束和部分反射镜110反射光束，如此重复，不再赘述。

与光B平行的光C入射部分反射镜110，部分反射镜110反射入射光C得到第一目标光C1，部分反射镜110透射入射光C得到透射光C2，透射光C2被第一反射镜121反射得到第一反射光C3，第一反射光C3被第二反射镜122反射输出第一镜组反射光C4，第一镜组反射光C4被部分反射镜110透射输出第二目标光C5和部分反射镜110反射光C6，部分反射镜110反射光C6被第一反射镜121反射输出第一反射光C7，第一反射光C7被第二反射镜122反射输出第二镜组反射光C8，第二镜组反射光C8被部分反射镜110透射输出第二目标光C9和部分反射镜110反射光C10……反射到部分反射镜110的反射光每次都会产生一个第二目标光束和部分反射镜110反射光束，如此重复，不再赘述。

通过图3可以看出，若第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为凹面反射镜，输出的第一目标光束(B1、C1)相互平行且同轴，第二目标光束B9、C5和第二目标光束B5、C9输出后呈汇聚趋势；并且，容易理解地，输出光束的汇聚程度可与凹面反射镜的凹度相关；也就是说，通过更换不同凹度的凹面反射镜或调整凹面反射镜的凹度，可实现对输出光束的汇聚程度的调制。

请参看图4，图4为本申请实施例提供的光束经光学组件的第二光路示意图；图4中的第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为自适应反射镜，图4中的自适应反射镜为凹面反射镜；图4中入射光束(平行光或近平行光)入射部分反射镜110，以光线D和光线E为例，说明其在光学组件100中的传输路径。

光D入射部分反射镜110，部分反射镜110反射入射光D得到第一目标光D1，部分反射镜110透射入射光D得到透射光D2，透射光D2被第一反射镜121反射得到第一反射光D3，第一反射光D3被第二反射镜122反射输出第一镜组反射光D4，第一镜组反射光D4被部分反射镜110透射输出第二目标光D5和部分反射镜110反射光D6，部分反射镜110反射光D6被第一反射镜121反射输出第一反射光D7，第一反射光D7被第二反射镜122反射输出第二镜组反射光D8，第二镜组反射光D8被部分反射镜110透射输出第二目标光D9和部分反射镜110反射光D10……反射到部分反射镜110的反射光每次都会产生一个第二目标光束和部分反射镜110反射光束，如此重复，不再赘述。

与光D平行的光E入射部分反射镜110，部分反射镜110反射入射光E得到第一目标光E1，部分反射镜110透射入射光E得到透射光E2，透射光E2被第一反射镜121反射得到第一反射光E3，第一反射光E3被第二反射镜122反射输出第一镜组反射光E4，第一镜组反射光E4被部分反射镜110透射输出第二目标光E5和部分反射镜110反射光E6，部分反射镜110反射光E6被第一反射镜121反射输出第一反射光E7，第一反射光E7被第二反射镜122反射输出第二镜组反射光E8，第二镜组反射光E8被部分反射镜110透射输出第二目标光E9和部分反射镜110反射光E10……反射到部分反射镜110的反射光每次都会产生一个第二目标光束和部分反射镜110反射光束，如此重复，不再赘述。

通过图4可以看出，若第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为凸面反射镜，输出的第一目标光束(D1、E1)相互平行且同轴，第二目标光束D9、E5和第二目标光束D5、E9输出后呈发散趋势；并且，容易理解地，输出光束的发散程度可与凸面反射镜的凸度相关；也就是说，通过更换不同凸度的凸面反射镜或调整凸面反射镜的凸度，可实现对输出光束的发散程度的调制。

在一可选的实施例中，请结合参看图2-图4，平行光经过所述部分反射镜110和反射镜组120的所有光束偏转角之和为180°；其中，所述光束偏转角为每一反射镜面的入射光束和反射光束之间的夹角。

需要说明的是，在一个优选的实施例中，部分反射镜110安装角在5°至85°范围内；第一反射镜121安装角在5°至85°范围内；第二反射镜122安装角在5°至85°范围内；且部分反射镜110、第一反射镜121、第二反射镜122对应的光束偏转角之和为180°。

由此可知，本申请准确限定部分反射镜110、第一反射镜121、第二反射镜122的安装角度，从而能够精确的控制光束偏转的角度，助于提高光学组件100的传输效率和性能稳定性。

在一可选的实施例中，所述平面反射镜包括平面反射面。

所述平面反射面设置于所述平面反射镜中朝向所述部分反射镜110的方向的端面。

所述平面反射面的材料包括高反射性材料，或镀有高反射膜的高透射性材料。对于高透射性材料(例如，玻璃、透明塑料、石英等)，反射面可镀高反射性膜(例如，金属氧化物膜、金属多层膜、金属-介质复合膜等)，使反射面对入射波长反射率R>98％；对于高反射性材料(例如，银、铝、金等)，可以不镀膜或者镀高反射性膜，使反射面对入射波长反射率R>95％。

由此可知，本申请实施例反射镜组120中的平面反射镜的反射面为高反射性的反射面，对于平面反射镜的反射面而言，传输至平面反射镜的反射面的透射光束或者部分反射镜110反射光束大部分都会被反射，极少部分通过该平面反射镜透射，从而可以减小光束在被投射、反射和调制的过程的能量损失。

请参看图5-图7，图5为本申请实施例提供的光束经光学系统的第一光路示意图；图6为本申请实施例提供的光束经光学系统的第二光路示意图；

图7为本申请实施例提供的光束经光学系统的第三光路示意图。本申请还提供一种光学系统，该光学系统200包括聚焦镜210和上述的光学组件100。

所述光学组件100配置为接收平行光，并输出第一目标光束和第二目标光束，平行光入射光学组件100产生第一目标光束和第二目标光束的过程请参看上文，在此不再赘述。

所述聚焦镜210配置为聚焦所述第一目标光束和第二目标光束，并形成具有目标焦点的光束。

请继续参看图5-图7，光学组件100的自适应反射镜包括可变反射面，可变反射面包括凹面或凸面或平面；所述可变反射面设置于所述自适应反射镜中朝向所述部分反射镜110的方向的端面。可变反射面的原理请参看前文，在此不再赘述。

请在图2的基础上参看图5，根据前文可知，若第一反射镜121和第二反射镜122均为平面反射镜，那么光学组件100输出的仍然为平行光。进一步地，平行光入射聚焦镜210，聚焦镜210对平行光线进行汇聚，得到多个焦点重合的目标焦点。在激光加工领域，在多焦点间距为0时即多焦点重合的情况下，有利于如激光切割中的激光穿孔及超薄板切割，多焦点重合可以提高激光能量的集中度，增强激光对工件的作用能量，从而更有效地实现穿孔和切割。

请在图3的基础上参看图6，根据前文可知，若第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为凹面反射镜，输出的第一目标光束相互平行且同轴，第二目标光束输出后呈汇聚趋势，并且汇聚的程度可基于凹面反射镜的凹度进行调整。根据图6可知，若第二反射镜122为凹面反射镜，那么距离聚焦镜210最远的焦点为平行光(B1、C1)汇聚后的焦点，相对于平行光而言，凹面反射镜的设置使焦点与聚焦镜210之间的距离缩短。

请在图4的基础上参看图7，根据前文可知，若第一反射镜121为平面反射镜，第二反射镜122为凸面反射镜，输出的第一目标光束相互平行且同轴，第二目标光束输出后呈发散趋势，并且发散的程度可基于凸面反射镜的凸度进行调整。根据图7可知，若第二反射镜122为凸面反射镜，那么距离聚焦镜210最近的焦点是平行光(D1、E1)汇聚后的焦点，相对于平行光而言，凸面发射镜的设置使焦点与聚焦镜210之间的距离增加。

综合图6和图7可知，可以通过控制自适应反射镜的反射面形状来控制焦点与聚焦镜210之间的距离，在激光加工领域，针对不同厚度的薄、中、厚板材的加工，通过调整多焦点间距，可以控制激光对工件的作用方式，从而获得最佳的加工工艺和切割效果。通过调整焦点之间的距离的方法来控制能量的输出具有很强的兼容性，可以适用于不同类型和厚度的板材加工，提高了加工的灵活性和效率。

请参看图8，图8为本申请实施例提供的光学系统的另一种结构示意图；图8中准直镜1对入射光进行准直，将平行光或近平行光输入分光镜2，分光镜2配合平面反射镜4和自适应反射镜3向平面反射镜5输出被分割后的光束，被分割后的光束经过平面反射镜5改变传输方向后输入聚焦镜6，通过聚焦镜6得到不同的焦点。

需要说明的是，准直镜的设置适用于光源为发散光的情况，在一些实施例中，输出光源本身为平行光的，例如CO2激光器，不需要在设置准直镜。

以如图8中的光学系统为例，假设光纤芯径100um，激光器NA＝0.08，准直镜焦距100mm，聚焦镜焦距200mm，自适应反射镜焦距满足1/F＝-1～+1(单位，1/m)。

现调节自适应反射镜的反射面类型，以及自适应反射镜的焦距，得到不同变化规律的焦点。

请参看图9-图13，图9为本申请实施例提供的自适应反射镜为凹面反射镜且焦距为2.5m的情况下的聚焦光束段剖面图；图10为本申请实施例提供的自适应反射镜为凹面反射镜且焦距为5m的情况下的聚焦光束段剖面图；图11为本申请实施例提供的自适应反射镜为平面反射镜的情况下的聚焦光束段剖面图；图12为本申请实施例提供的自适应反射镜为凸面反射镜且焦距为-5m的情况下的聚焦光束段剖面图；图13为本申请实施例提供的自适应反射镜为凸面反射镜且焦距为-2.5m的情况下的聚焦光束段剖面图。

图9-图13的横轴为焦点在水平方向上的位置，纵轴为焦点在竖直方向上的位置。图11中红色位置为被分割的光束经过聚焦镜之后重合的焦点，有利于如激光切割中的激光穿孔及超薄板切割，多焦点重合可以提高激光能量的集中度，增强激光对工件的作用能量，从而更有效地实现穿孔和切割。

根据图9和图10以及图12和图13可知，目标焦点之间的距离随所述自适应反射镜的焦距的绝对值的增大而减小(非线性变化)，反之减小而增大(非线性变化)。因此，可以通过控制自适应反射镜的焦距和反射面类型来控制被分割后的光束经过聚焦镜后的焦点之间的距离，从而使光学系统能够适应不同加工需求和材料特性，提高了加工过程的灵活性和可控性。

综合来看，本申请实施例提供的光学组件能够将入射的平行光的能量分次输出，并且能够调整输出光线的传输路径，较DOE等微光学元件来讲能量利用率高且成本低，对激光器兼容性强并不受参数差异影响，对组装要求并不苛刻，且容易实现；基于本申请实施例提供的光学组件建立的光学系统能够得到距离可调的多个焦点，对于激光加工领域而言，能够适应于不同材料和切割厚度的需求，有利于提高加工的效率和质量。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学组件，其特征在于，所述光学组件包括部分反射镜和反射镜组；

所述部分反射镜配置为接收平行光，并输出第一目标光束和透射光束；其中，所述第一目标光束为所述平行光经所述部分反射镜反射的反射光；

所述反射镜组配置为接收所述透射光束并向所述部分反射镜反射第一镜组反射光束，接收部分反射镜反射光束并向所述部分反射镜反射第二镜组反射光束；其中，所述部分反射镜反射光束为所述透射光束被所述反射镜组反射至所述部分反射镜，经所述部分反射镜反射的光束；

所述部分反射镜还配置为透射所述第一镜组反射光束和第二镜组反射光束，以产生第二目标光束。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜；

所述第一反射镜配置为反射所述透射光束以产生第一反射光束，反射所述部分反射镜反射光束以产生第二反射光束；

所述第二反射镜配置反射所述第一反射光束以产生所述第一镜组反射光束，反射所述第二反射光束以产生所述第二镜组反射光束；

其中，所述部分反射镜、第一反射镜和第二反射镜的法线共面。

3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜一者为自适应反射镜，一者为平面反射镜；

其中，所述自适应反射镜为反射面形状可变的反射镜。

4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述平面反射镜包括平面反射面；

所述平面反射面设置于所述平面反射镜中朝向所述部分反射镜的方向的端面；

所述平面反射面的材料包括高反射性材料，或镀有高反射膜的高透射性材料。

5.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述平行光经过所述部分反射镜和反射镜组的所有光束偏转角之和为180°；

其中，所述光束偏转角为每一反射镜面的入射光束和反射光束之间的夹角。

6.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统包括聚焦镜和如权利要求1-5中任一项所述的光学组件；

所述光学组件配置为接收平行光，并输出第一目标光束和第二目标光束；

所述聚焦镜配置为聚焦所述第一目标光束和第二目标光束，并形成具有目标焦点的光束。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述光学组件的自适应反射镜包括可变反射面；

所述可变反射面设置于所述自适应反射镜中朝向所述部分反射镜的方向的端面。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述可变反射面包括凹面或凸面或平面；

其中，所述凹面或凸面配置为改变所述第一镜组反射光和所述第二镜组反射光的光路，使所述目标焦点不重合；

所述平面配置为使所述目标焦点重合。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，其中，所述目标焦点之间的距离随所述自适应反射镜的焦距的绝对值的增大而减小，反之减小而增大。

10.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括准直镜，所述准直镜配置为将入射光准直为平行光或近平行光。