CN201845130U - 一种激光加工设备的分光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光加工设备的分光系统。其包括激光器；激光器的输出光路上设有主可调分光系统，主可调分光系统输出第一分束光及第二分束光；第二分束光对应的光路上设置光吸收器及至少一个次级可调分光系统。本实用新型主可调分光系统将光线分解为第一分束光与第二分束光，在第二分束光的相对应的光路上设置至少一个次级可调分光系统；第一分束光作为主光束直接作为后续加工光源；第二分束光经过相应的次级可调分光系统后，可以产生相应的多级加工光源，最后剩余的光能量被光束衰减器吸收。这种分光方法提高了激光器的利用率，降低了对激光器功率的要求，实现分光比可调的目的，满足了不同加工步骤对光源的需要，使用方便，降低了加工成本。

Description

一种激光加工设备的分光系统

技术领域

本实用新型涉及一种光学分光系统，尤其是一种激光加工设备的分光系统。

背景技术

随着科技水平的快速发展，大功率激光加工设备在精密机械加工领域的应用越来越广，它可以用于金属材料、半导体材料、电路板材料等的加工、焊接以及其它方式的处理。为了提高加工效率及其它的考量，一般一台设备上会采用多个加工端，所以需要有分光装置将一束激光分为两束或者多束光，从而为不同的加工端提供光源。由于在精密加工中，激光的功率要求具有一定的调节范围，而且激光器的输出功率会随着时间下降，所以每束光的功率必须要有一定的裕量供调节和补偿衰减用。

高功率激光器的价格相当昂贵，对于精密加工中常用的波长为532nm和355nm脉冲激光器，每瓦输出激光的成本为几万人民币甚至十几万人民币，一台激光器的价格都在百万人民币的范围。因此如何合理的分光及最大限度地利用激光器的输出功率就显得非常的重要。

现在传统的激光分光方法一般采用薄膜分光器件来实现。如图1所示，激光器11发出的光经过分光薄膜器件12后分成反射光和透射光两束，所述反射光通过反光片15输入到第二光衰减器14内；所述反射光与透射光分别通过第一光衰减器件13和第二光衰减器件14来分别对光束能量进行调整，以得到所需要的光束能量。由于分光薄膜器件12的分光比是不十分精确的，通常有10％的误差，所以激光的功率必须有额外的余量，以弥补分光薄膜器件12的误差。另外，传统的分光薄膜器件12的分光比是固定的，在不同光路能量需求有波动的情况下，通常的做法是给每束光路都留有足够的余量，然后每路通过相应的光衰减器来得到所需要的光能量，多余的光能量被吸收掉。这样就进一步增加了激光设备对激光能量的需求，并大大地提高设备的成本。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种激光加工设备的分光系统，其分光比可调，提高了激光能力的利用率，降低了激光设备对激光器功率的要求，降低了加工成本。

按照本实用新型提供的技术方案，所述激光加工设备的分光系统，包括激光器；所述激光器的输出光路上设有用于分光的主可调分光系统，所述主可调分光系统输出第一分束光及第二分束光；所述第二分束光对应的光路上设置至少一个次级可调分光系统，所述次级可调分光系统对应于远离激光器相对应的光路上设有光吸收器。

所述激光器包括固体激光器或气体激光器。所述主可调分光系统包括第一光学偏转旋转器件及第一偏振分光器件。所述主可调分光系统与次级可调分光系统间设有反光片，所述次级可调分光系统间也设有反光片。

所述次级可调分光系统包括第二光学偏转旋转器件及第二偏振分光器件。所述第一光学偏转旋转器件为半波片。

所述第二光学偏转器件为半波片。所述第一偏振分光器件为多层薄膜起偏器或晶体起偏器。所述第二偏振分光器件为多层薄膜起偏器或晶体起偏器。所述主可调分光系统及次级可调分光系统与控制器的输出端相连。

本实用新型的优点：激光器的输出光路上设有主可调分光系统，主可调分光系统将激光器的输出光线分解为第一分束光与第二分束光，在第二分束光的相对应的光路上设置至少一个次级可调分光系统；第一分束光作为主光束直接用于后续加工光源；第二分束光经过相应的次级可调分光系统后，可以产生多级相应的加工光源，不需对每级分光系统光能量进行衰减吸收，从而提高了激光器的利用率，降低了对激光器功率的要求。控制器与主可调分光系统及次级可调分光系统相连，实现调节分光比的目的，以满足不同加工过程对光源的需要，使用方便，降低了加工成本。

附图说明

图1为现有的激光加工设备分光系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的结构示意图。

图3为本实用新型中偏振分光的能量分布图。

图4为本实用新型实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

图2为一个两级分光系统，即第二分束光27相对应的光路上设置一个次级可调分光系统28的结构示意图。如图2所示：所述激光器11的输出端发射出激光光束，激光光束的路径形成激光光路22。激光器11可以为固体激光器、气体激光器或其他材料的激光器，激光器11输出的激光光束可以为连续激光也可以是脉冲激光。在激光光路22上设有主可调分光系统23，所述主可调分光系统23包括第一光学偏转旋转器件24及第一偏振分光器件25。所述第一光学偏转旋转器件24邻近激光器11的输出端，第一偏振分光器件25位于第一光学偏转旋转器件24的后面。第一光学偏转旋转器件24为半波片，第一光学偏转旋转器件24可以安装在垂直于激光光路22的方向上连续旋转，从而调整和改变激光光束的偏振角度。第一偏振分光器件25在垂直于激光光路22方向的平面上任意角度安装，第一偏振分光器件25将激光器11的激光光束分解为第一分束光26及第二分束光27，第一偏振分光器件25的角度不同，第一分束光26与第二分束光27的偏振方向也相应旋转。第一偏振分光器件25可为多层薄膜起偏器或晶体起偏器。

所述激光光束经过第一偏振分光器件25产生的第一分束光26为透射光，第二分束光27为反射光；第一分束光26作为主可调分光系统23输出的主光束直接用于后续的加工光源。主可调分光系统23的第一光学偏转旋转器件24通过连接线34与控制器33相连，所述控制器33为计算机及相应的控制软件。控制器33控制第一光学偏转旋转器件24的偏振旋转角度，达到调节分光比目的，从而调整第一分束光26及第二分束光27的能量，使第一分束光26可以直接作为后续加工的光源，避免了使用第一光衰减器13或第二衰减器14，从而降低了激光器11的功率要求。

第二分束光27相对应的光路上设有一个次级可调分光系统28，所述次级可调分光系统28通过反光片15与主可调分光系统23相连。次级可调分光系统28包括第二偏转旋转器件29及第二偏振分光器件30，所述第二偏转旋转器件29的作用于第一偏转旋转器件24的作用相同，第二偏振分光器件30与第二偏振分光器件25的作用相同。反光片15将第二分束光27反射到次级可调分光系统28上，使第二分束光27的反射光线垂直于次级可调分光系统28内的第二偏转旋转器件29。所述第二偏转旋转器件29通过连接线34与控制器33相连，控制器33控制第二偏转旋转器件29的旋转，从而调节调节第二偏转旋转器件29的偏振旋转角度。第二偏振分光器件25将输入的第二分束光27分解为第三分束光31及第四分束光35，所述第三分束光31调节成后续加工的光源，第二分束光35被光吸收器32吸收。第二分束光35也可以成为后续加工的光源。第二偏转旋转器件29为半波片，第二偏振分光器件25为多层薄膜起偏器或晶体起偏器。激光器11产生的激光光束通过主可调分光系统23及次级可调分光系统28后，分别得到第一分束光26、第三分束光31及第四分束光35；控制器33调整第一偏转旋转器件24及第二偏转旋转器件29的偏振旋转角度，从而调节第一分束光26与第三分束光31的能量，从而满足加工光源的要求，实现了多个加工光源，提高了激光器11的利用率。

如图3所示：为偏振分光的能力分布图。工作时，要求对激光器11发出激光光束的能量为I₀，并需要对激光光束进行分光；所述激光光束经过主可调分光系统23及次级可调分光系统28分光后得到第一分束光26、第三分束光31及第四分束光35，第一分束光26与第三分束光31的能量要求分别为I₁和I₂，其中I₁+I₂＜I₀。首先通过调整第一光学偏振旋转器件24的旋转角度来调整输出激光的偏振方向，当输出激光的偏振方向与水平面的角度θ₁满足：

sin(θ₁)＝I₁/I₀

时，通过第一偏振分光器件25后透过光的能量为I₁，即第一分束光26的能量为I₁，且反射光第二分束光27的能量为(I₀-I₁)。

在得到所要求的能量为I₁的第一分束光26后，同样的原理，通过调整第二光学偏振旋转器件29的旋转角度，来调整通过输出激光的偏振方向；当反射光的偏振方向与水平面的角度θ₂满足：

sin(θ₂)＝I₂/(I₀-I₁)

时，通过第二偏振分光器件30的透过光的能量为I₂，反射光第四分束光35的能量为(I₀-I₁-I₂)。其中能量为I₁，I₂的两束光作为分束后的两束光进入光学系统中的后续光路中，能量为(I₀-I₁-I₂)的第四分束光35为剩余光而被光吸收器件32吸收；从而激光器11产生的激光光束能够同时产生两个加工光源，提高了激光器11的利用率。

在调节光能量时，只需要改变第一偏转旋转器件24及第二偏转旋转器件29的旋转角度，而第一偏转旋转器件24及第二偏转旋转器件29采用半波片，半波片是高度平行的晶体薄片，其垂直于激光的方向，所以在旋转时不会改变光束的方向，因此改变分光比时对后续光路没有影响，不用再对光路进行调整。

实施例2

图4为第二分束光27相对应的光路上设置两个次级可调分光系统28的结构示意图。如图4所示：激光器11产生的激光光束通过主可调分光系统23产生第一分束光26及第二分束光27，其中第一分束光26作为透射光直接作为后续加工的激光光源。第二分束光27为反射光，第二分束光27通过反光片15输入到次级可调分光系统28内；次级可调分光系统28将第二分束光27分解为第三分束光31及第四分束光35，所述第三分束光31作为第二分束光27分解后的透射光可以直接为加工光源；第四分束光35通过相应的反光片15输入到相应的次级可调分光系统28内，从而将第四分束光35进一步分解，得到第五分束光48及第六分束光51，所述第五分束光48作为一个加工的激光光源。所述第四分束光35分解后的第六分束光51作为多余的光能量被光吸收器32吸收。由图4可知，激光器11产生的激光光束通过主可调分光系统23及相应的次级可调分光系统28后，能够成为三个加工光源，扩大了激光器11的利用率；通过控制器33分别调整主可调分光系统23与两个次级可调分光系统28内的第一偏转旋转器件24与相应的第二偏转旋转器件29的偏振旋转角度，能够满足相应加工光源的要求。

本实用新型激光器11的输出光路上设有主可调分光系统23，主可调分光系统23将激光器11的输出光线分解为第一分束光26与第二分束光27，在第二分束光27的相对应的光路上设置至少一个次级可调分光系统28；第一分束光26作为主光束直接用于后续加工光源；第二分束光27经过相应的次级可调分光系统28后，可以产生多级相应的加工光源，每级分光系统不需对光能量进行衰减，从而提高了激光器的利用率，降低了对激光器功率的要求。控制器33与主可调分光系统23及次级可调分光系统28相连，实现调节分光比的目的，以满足不同加工过程对光源的需要，使用方便，降低了加工成本。

Claims (9)

1.一种激光加工设备的分光系统，包括激光器(11)；其特征是：所述激光器(11)的输出光路上设有用于分光的主可调分光系统(23)，所述主可调分光系统(23)输出第一分束光(26)及第二分束光(27)；所述第二分束光(27)对应的光路上设置至少一个次级可调分光系统(28)，所述次级可调分光系统(28)对应于远离激光器(11)相对应的光路上设有光吸收器(32)。

2.根据权利要求1所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述激光器(11)为固体激光器或气体激光器。

3.根据权利要求1所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述主可调分光系统(23)包括第一光学偏转旋转器件(24)及第一偏振分光器件(25)。

4.根据权利要求1所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述次级可调分光系统(28)包括第二光学偏转旋转器件(29)及第二偏振分光器件(30)。

5.根据权利要求3所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述第一光学偏转旋转器件(24)为半波片。

6.根据权利要求4所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述第二光学偏转器件(29)为半波片。

7.根据权利要求3所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述第一偏振分光器件(25)为多层薄膜起偏器或晶体起偏器。

8.根据权利要求4所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述第二偏振分光器件(30)为多层薄膜起偏器或晶体起偏器。

9.根据权利要求1所述的一种激光加工设备的分光系统，其特征是：所述次级可调分光系统(28)通过反光片(15)与主可调分光系统(23)相连，所述主可调分光系统(23)的第一光学偏转旋转器件(24)通过连接线(34)与控制器(33)相连。 

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