CN201552386U - 一种激光器的扩束装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光器的扩束装置，包括主体、光路依序通过的第一、第二、第三、第四反射镜片，所述第一反射镜片和第三反射镜片设置在所述主体的一侧，所述第二反射镜片和第四反射镜片设置在所述主体的另一侧，所述第二反射镜片为凸面反射镜片，第三反射镜片为凹面反射镜片。本实用新型使用直线折叠结构(通过光路反射的形式)，结构简单，安装调试方便，零部件加工精度要求下降，使成本更低，保证了激光器光束质量的稳定性。

Description

一种激光器的扩束装置

【技术领域】

本实用新型技术方案涉及激光器扩束机构，具体涉及实现大幅面切割的外置扩束装置。

【背景技术】

随着大功率气体激光器在切割、焊接、熔覆等行业领域有着广泛的用途，尤其在切割领域，更是占据了85％以上的应用市场。作为对大功率气体激光器切割品质的要求，逐渐被摆在人们的视野内。人们不再满足于只是将钢板等材料切割下来就可以的现状，而是根据具体的实际加工要求，对切割平台内的大幅面连续切割能力和大幅面连续切割时切割断面前后端的品质一致性，及免补充加工(如打磨多余毛刺)等技术品质要求，逐一被提到衡量大功率气体激光器的品质能力范畴来。

现有的PRC大功率气体激光器光束，在机床工作幅面内进行传播，随着光程的延伸，光束直径逐渐变大，瑞利长度仅为2.8米，光斑直径间的最大差距为12毫米。由于光束直径变化过大，致使在机床不同位置上面的聚焦焦点差异巨大。严重影响了加工效果的一致性。使得没有办法完成大幅面的连续切割或者高精度的板材加工。已经严重制约了PRC大功率气体激光器的加工能力和实际应用范围。

说明：PRC是指：美国PRC(Penn Research Corporation)公司(北美最大的快速轴流CO2激光器制造厂家)，本文中的PRC激光器，是指在我们国内比较广泛应用的该公司生产的大功率激光器。

由于PRC激光器光束直径的变化，引起在机床上的聚焦焦点变化，造成加工精度和加工一致的无法保证，同时也严重影响整理激光切割设备加工效率。因此，提供一种为PRC激光器光束整形装置，已经成为PRC大功率激光器当前应用急需解决的问题。

【实用新型内容】

为了解决现有PRC激光器光束直径的变化，引起在机床上的聚焦焦点变化，出现加工精度和加工一致的无法保证的问题，本实用新型提供一种激光器外置扩束装置。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种激光器的扩束装置，包括主体、光路依序通过的第一、第二、第三、第四反射镜片，所述第一反射镜片和第三反射镜片设置在所述安装支架的一侧，所述第二反射镜片和第四反射镜片设置在所述安装支架的另一侧，所述第二反射镜片为凸面反射镜片，第三反射镜片为凹面反射镜片。

本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片和所述第三反射镜片的入射角为大于0度且小于4.5度。

本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片和第三反射镜的入射角为大于1.5度且小于3度。

本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片的曲率半径为1.6米至3.6米。

本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片的曲率半径为2.0米至2.4米。

本实用新型的优选技术方案为：所述第三反射镜片的曲率半径为3米至5米。

本实用新型的优选技术方案为：所述第三反射镜片的曲率半径为3.8米至4.2米。

本实用新型的优选技术方案为：所述第一反射镜片、第二反射镜片、第三反射镜片和第四反射镜有光线射过来的一面设置有低吸收率零相位偏移膜层。

本实用新型的优选技术方案为：还包括设置在所述主体上的多个镜腔，所述四个镜片设置在各自的镜腔内。

本实用新型的优选技术方案为：所述镜腔设有调节镜片的调节螺杆。

本实用新型提供的一种激光器的扩束装置，通过光路箱式主体将相应的镜片镜腔合理配置空间技术参数，组成光束整形的扩束装置。该激光器外置扩束整形装置的特征是结构形式和安装方式简单快捷，外观结构紧凑，布局稳定可靠合理。对光路传输的过程进行密封保护，确保该装置使用的安全性及光束传输品质的可靠性。相对固定的镜腔安装位置确保装配调试过程中镜片安装位置的重复性和可靠性，使得该装置在外场维护和安装时具有很高的可操作性和很高的调试效率。

本实用新型使用直线折叠结构(通过光路反射的形式)，结构简单，安装调试方便，零部件加工精度要求下降，使成本更低，保证了激光器光束质量的稳定性。

【附图说明】

图1为本实用新型一种激光器的扩束装置的立体结构示意图。

图2为本实用新型一种激光器的扩束装置的另一角度立体结构示意图。

图3为本实用新型一种激光器的扩束装置的光路走向示意图。

图中各部件名称如下：第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3、第四反射镜片4、主体5、调节螺杆6、第一镜腔10、第二镜腔20、第三镜腔30、第四镜腔40。

【具体实施方式】

以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案进行展开说明：

如图1至图2所示为本实用新型的一种激光器的扩束装置的结构示意图，本激光器扩束装置尤其涉及大功率气体激光器的外置扩束装置，包括：光路箱式主体5；固定在该光路箱式主体5上的四个镜腔，分别为第一、第二、第三、第四镜腔10、20、30、40；分别固定在所述四个镜腔10、20、30、40内的四个镜片，分别为第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3、第四反射镜片4；及调节镜片在所固定的镜腔内位置的多个调节螺杆6。其中，所述第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3和第二反射镜4有光线射过来的一面设置有超低吸收率零相位偏移膜层。

所述第二反射镜片2为凸面反射镜，其曲率半径为1.6米至3.6米，其曲率半径优选为2.0米至2.4米。

所述第三反射镜片3为凹面反射镜，其曲率半径为3米至5米，其率半径优选为3.8米至4.2米。

所述第一、第三反射镜片1、3安装固定在光路箱式主体5的一侧，所述第二、第四反射镜片2、4安装固定在光路箱式主体5的另一侧。

所述第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3和第四反射镜片4位置关系满足如下光路：光束从入光口(图未示)进入本扩束装置后，首先进入第一反射镜片1，通过第一反射镜片1的反射光线射到第二反射镜片2上，由于第二反射镜片2是凸面反射镜，该凸面反射镜将原始光斑扩大，并将光束反射光线射到第三反射镜片3上，由于第三反射镜片3是凹面反射镜，该凹面反射镜将由第二反射镜片2扩大的光斑收缩，并且在一定距离内形成较小的光束，光束整形后由第三反射镜片3的反射光线射到第四反射镜片4上，调整光束最终传播方向，从本扩束装置中进入待工作的场合。

通过所述第二反射镜片2和第三反射镜片3的入射光和反射光夹角大于0度且小于9度，即：所述第二反射镜片2和所述第三反射镜片3的入射角为大于0度且小于4.5度；通过所述第二反射镜片2和第三反射镜片3的入射光和反射光在同一平面内的夹角优选大于3度且小于6度。即所述第二反射镜2和第三凹面反射镜3的入射角优选为大于1.5度且小于3度(如图3所示)。

使用中，本实用新型的一种激光器扩束装置，为大功率气体激光器光束整形装置，是特别为PRC大功率气体激光器设计定制的一款符合其光束特点的光束整形装置。本装置结合零相位偏移的高反镀膜，将容易发散的PRC激光器光束进行整形，以此来保持光束直径的一致。

装置通过曲率半径1.6～3.6m凸面的反射镜和曲率半径3～5m凹面的反射镜，在镜片的空间摆放由安装箱体来固定，主要是确保通过凸面镜片和凹面镜片的入射光线和反射光线在同一平面内的夹角大于0度且小于9度。

如图1所示，光束从入光口进入扩束装置，先进入第一反射镜片1，通过第一反射镜片1反射到第二反射镜片2上。第二反射镜片2是凸面反射镜，可以将原始光斑扩大，反射到第三反射镜片3上。第三反射镜片3是凹面反射镜，可以将被扩大的光斑收缩，并且在一定距离内形成变化较小的光束。光束整形后反射到第四反射镜4上，调整光束最终传播方向，从整形装置中输出。

由于所有的镜片1、2、3、4都由相应的镜腔10、20、30、40固定，这些镜腔全部固定在光路箱式主体5上，使得整个扩束装置结构紧凑，且一方面可以确保光束传播过程的密封性、安全性和可靠性；一方面可以通过机械结构减少镜片调节时的误差，使得该装置在安装装配时简单、灵活、高效，给现场安装调试提供了有效的便利。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光器的扩束装置，其特征在于，包括：主体(5)、光路依序通过的第一、第二、第三、第四反射镜片(1)、(2)、(3)、(4)，所述第一反射镜片(1)和第三反射镜片(3)设置在所述主体(5)的一侧，所述第二反射镜片(2)和第四反射镜片(4)设置在所述主体(5)的另一侧，所述第二反射镜片(2)为凸面反射镜片，第三反射镜片(3)为凹面反射镜片。

2.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)和所述第三反射镜片(3)的入射角为大于0度且小于4.5度。

3.如权利要求2所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)和第三反射镜(3)的入射角为大于1.5度且小于3度。

4.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)的曲率半径为1.6米至3.6米。

5.如权利要求4所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)的曲率半径为2.0米至2.4米。

6.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第三反射镜片(3)的曲率半径为3米至5米。

7.如权利要求6所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第三反射镜片(3)的曲率半径为3.8米至4.2米。

8.如权利要求1至7任意一项所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第一反射镜片(1)、第二反射镜片(2)、第三反射镜片(3)和第四反射镜(4)有光线射过来的一面设置有低吸收率零相位偏移膜层。

9.如权利要求8所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：还包括设置在所述主体上的多个镜腔，所述四个镜片设置在各自的镜腔内。

10.如权利要求9所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述镜腔设有调节镜片的调节螺杆(6)。

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