CN220093372U - 一种光束匀光系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光束匀光系统，系统包括：光纤激光器、整形匀光光纤、激光传输调节模块以及振镜和场镜模块，整形匀光光纤用于对激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将激光填充满整形匀光光纤的纤芯，光纤激光器输出的激光利用整形匀光光纤传输至激光传输调节模块，利用激光传输调节模块对激光的光斑尺寸进行调整，而后利用振镜和场镜模块聚焦至加工面。本申请实施例提供的光束匀光系统能够对激光光束进行稳定匀光处理，受入射激光光束的质量影响较小，稳定性较高，光束均匀性较强，能够利用整形匀光光纤实现稳定的且均匀性较强的匀光效果，满足实际工艺需求。

Description

一种光束匀光系统

技术领域

本实用新型涉及激光领域，特别涉及一种光束匀光系统。

背景技术

激光加工被广泛应用于光伏及半导体等产业，例如在光伏产业中利用激光进行掺杂工艺以及半导体产业中的退火工艺。在利用激光进行产品的制造工艺时，需要对激光的光斑进行整形以形成需要的形状和尺寸，并且还需要激光尽量均匀的聚焦到产品上，即需要对激光进行匀光处理，以保证光束的均匀性。

当前可以利用衍射光学元件实现对激光的匀光。但是利用衍射光学元件进行匀光受入射激光光束的质量、光学校准质量以及光机结构的稳定性影响，导致衍射光学元件在实际应用中匀光效果较差，不能满足实际工艺需求。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种光束匀光系统，能够增强对激光的匀光效果，提高光束均匀性，提高进行光束匀光时的稳定性。

本申请实施例提供了一种光束匀光系统，所述系统包括：光纤激光器、整形匀光光纤、激光传输调节模块、振镜和场镜模块；

所述光纤激光器输出的激光利用所述整形匀光光纤传输至所述激光传输调节模块，利用所述激光传输调节模块对所述激光的光斑尺寸进行调整，而后利用振镜和场镜模块聚焦至加工面；

所述整形匀光光纤用于对所述激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将所述激光填充满所述整形匀光光纤的纤芯。

可选地，所述整形匀光光纤的数值孔径小于目标阈值。

可选地，所述目标阈值小于0.1。

可选地，所述整形匀光光纤的纤芯形状和聚焦至所述加工面的激光的光斑形状匹配。

可选地，所述整形匀光光纤的纤芯形状为方形，所述加工面的激光的光斑形状为矩形。

可选地，所述系统还包括模场适配模块，所述模场适配模块用于辅助将所述激光耦合至所述整形匀光光纤，所述模场适配模块包括模场适配器。

可选地，所述模场适配器的数值孔径小于所述整形匀光光纤的数值孔径。

可选地，所述模场适配器的数值孔径为所述整形匀光光纤的数值孔径的85％-98％。

可选地，所述模场适配器输出端的纤芯直径小于所述整形匀光光纤的纤芯内接圆直径。

可选地，所述激光传输调节模块包括准直镜和柱面镜组；

所述准直镜用于将从所述整形匀光光纤出射的激光进行准直；

所述柱面镜组用于对所述激光的光斑尺寸进行一维方向或二维方向的调整。

可选地，所述二维方向包括x方向上和y方向，当所述整形匀光光纤的纤芯为方形时，所述准直镜、所述柱面镜组和所述振镜和场镜模块中的场镜构成成像光路，所述加工面的矩形光斑的光斑尺寸的长宽分别为X＝F×D/fx和Y＝F×D/fy，其中所述F为所述场镜的焦距，所述D为所述整形匀光光纤的纤芯边长，所述fx，所述fy分别为x方向上和y方向上所述准直镜与所述柱面镜组的组合焦距；

通过调整所述柱面镜组中的柱镜倍数和发散角，以调整所述fx与所述fy，从而调整所述加工面上的光斑尺寸。

可选地，调整所述柱面镜组包括的多个柱镜之间的距离，以在一维方向上调整所述激光的光斑尺寸。

可选地，所述柱面镜组包括两片轴向相同的柱镜，分别为第一柱镜和第二柱镜，所述整形匀光光纤的数值孔径为0.075，所述整形匀光光纤的纤芯边长为60微米，所述准直镜的焦距fc为100毫米，所述第一柱镜的焦距f1x为100毫米，所述第二柱镜的焦距f2x为-75毫米，所述第一柱镜和所述第二柱镜之间的间距d1为25毫米，所述x方向上的组合焦距fx为75毫米，所述y方向上的组合焦距fy为100毫米，所述振镜和场镜模块中的振镜的孔径为15毫米，所述场镜的焦距F为250毫米，所述加工面的光斑尺寸长为200微米，宽为150微米。

可选地，所述柱面镜组包括两片轴向正交的柱镜以及一片球面镜，分别为第三柱镜、第四柱镜和第一球面镜，所述整形匀光光纤的数值孔径为0.075，所述整形匀光光纤的纤芯边长为60微米，所述准直镜的焦距fc为100毫米，所述第三柱镜的焦距f1x为100毫米，所述第四柱镜的焦距f2x为75毫米，所述第三柱镜和所述第四柱镜之间的间距d1为25毫米，所述第一球面镜的焦距f3为-50毫米，所述第四柱镜和所述第一球面镜之间的间距d2为25毫米，所述x方向上的组合焦距fx为50毫米，所述y方向上的组合焦距fy为66.67毫米，所述振镜和场镜模块中的振镜的孔径为15毫米，所述场镜的焦距F为250毫米，所述加工面的光斑尺寸长为300微米，宽为225微米。

可选地，所述柱面镜组包括三片轴向相同的柱镜，分别为第五柱镜、第六柱镜和第七柱镜，所述整形匀光光纤的数值孔径为0.075，所述整形匀光光纤的纤芯边长为60微米，所述准直镜的焦距fc为100毫米，所述第五柱镜的焦距f1x为100毫米，所述第六柱镜的焦距f2x为-25毫米，所述第七柱镜的焦距f3为50毫米，所述x方向上的组合焦距fx为100毫米，所述y方向上的组合焦距fy的范围为50毫米-100毫米，所述振镜和场镜模块中的振镜的孔径为15毫米，所述场镜的焦距F为250毫米，分别调整所述第五柱镜和所述第六柱镜之间的距离，以及所述第六柱镜和所述第七柱镜之间的距离，所述加工面的光斑尺寸长为150微米，宽的范围为150毫米-300微米。

本申请实施例提供了一种光束匀光系统，系统包括：光纤激光器、整形匀光光纤、激光传输调节模块以及振镜和场镜模块。整形匀光光纤用于对激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将激光填充满整形匀光光纤的纤芯，光纤激光器输出的激光利用整形匀光光纤传输至激光传输调节模块，利用激光传输调节模块对激光的光斑尺寸进行调整，而后利用振镜和场镜模块聚焦至加工面。也就是说，光纤激光器输出的激光首先经过整形匀光光纤进行匀光处理，而后利用激光传输调节模块进行整形处理，最后经过振镜和场镜模块聚焦至加工面，实现对加工面的产品进行加工处理。并且整形匀光光纤能够对激光光束进行稳定匀光处理，受入射激光光束的质量影响较小，稳定性较高，光束均匀性较强，能够利用整形匀光光纤实现稳定的且均匀性较强的匀光效果，满足实际工艺需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种光束匀光系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种光束匀光系统的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种光束匀光系统的局部结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种整形匀光光纤的截面结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种激光传输调节模块的结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种加工面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

随着社会的发展，当前可以利用激光进行产品的加工，例如利用激光进行掺杂工艺。在利用激光进行产品加工时，需要对激光的光斑进行整形形成需要的形状和尺寸，并且还需要激光尽量均匀的聚焦到产品上，即需要对激光进行匀光处理，以保证光束的均匀性。

当前可以利用衍射光学元件实现对激光的匀光。衍射光学元件是通过在玻璃、熔融石英、蓝宝石、硒化锌或锗等材料上加工微结构，从而改变传输的激光的相位，来实现任意强度分布或者任意形状的目标光斑。在理想条件下，衍射光学元件的匀光效果可以达到5％的均匀性。

但是利用衍射光学元件进行匀光受入射激光光束的质量、光学校准质量以及光机结构的稳定性影响。衍射光学元件的理想入射激光光束为TEM00单模，如果入射激光光束为多模，匀光效果会较差。利用衍射光学元件进行匀光对调试人员的技术要求较高，需要调试人员对衍射光学元件的对心和倾角等进行反复调试。此外若衍射光学元件所处的光机结构不稳定，例如机台震动等都会影响匀光效果。也就是说，衍射光学元件在实际应用中匀光效果较差，不能满足实际工艺需求。

基于此，本申请实施例提供了一种光束匀光系统，系统包括：光纤激光器、整形匀光光纤、激光传输调节模块以及振镜和场镜模块，整形匀光光纤用于对激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将激光填充满整形匀光光纤的纤芯，光纤激光器输出的激光利用整形匀光光纤传输至激光传输调节模块，利用激光传输调节模块对激光的光斑尺寸进行调整，而后利用振镜和场镜模块聚焦至加工面，也就是说，光纤激光器输出的激光首先经过整形匀光光纤进行匀光处理，而后利用激光传输调节模块进行整形处理，最后经过振镜和场镜模块聚焦至加工面，实现对加工面的产品进行加工处理。并且整形匀光光纤能够对激光光束进行稳定匀光处理，受入射激光光束的质量影响较小，稳定性较高，光束均匀性较强，能够利用整形匀光光纤实现稳定的且均匀性较强的匀光效果，满足实际工艺需求。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种光束匀光系统的结构示意图。

本实施例提供的光束匀光系统包括：光纤激光器110、整形匀光光纤120、激光传输调节模块130以及振镜和场镜模块140。

在本申请的实施例中，光纤激光器110输出的激光输入至整形匀光光纤120中进行匀光处理。光纤激光器110输出的激光由光纤导出，远场光斑为近似高斯光。具体的，光纤激光器110输出激光的光纤可以为单模光纤或少模光纤，纤芯尺寸在10微米(um)以内。例如，光纤激光器110输出激光的光纤为波长范围在1030纳米(nm)到1080nm的单模光纤或少模光纤，容许至少一个导模。

在本申请的实施例中，整形匀光光纤120可以对激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将激光填充满整形匀光光纤120的纤芯，实现对于激光的匀光处理。具体的，整形匀光光纤120可以为多模光纤，纤芯尺寸大于50um。整形匀光光纤120可以激发激光的导模大于10个，可以至少容许30个导模。其中低阶模式中的基模与其他高阶模式混合实现激光的匀光整形。整形匀光光纤120能够对激光光束进行稳定匀光处理，受入射激光光束的质量影响较小，稳定性较高，光束均匀性较强，能够利用整形匀光光纤120实现稳定的且均匀性较强的匀光效果，满足实际工艺需求。此外，利用整形匀光光纤120进行匀光处理，无需调试人员反复调试，受光机结构的影响较小，进一步提高匀光稳定性。

在本申请的实施例中，在激光利用整形匀光光纤120进行匀光整形之后，可以传输至激光传输调节模块130，激光传输调节模块130可以对激光的光斑尺寸进行调整，即利用激光传输调节模块130进行整形处理，通过光斑尺寸的调整就能够改变激光的功率密度，实现最终对于激光加工的控制。

在本申请的实施例中，利用激光传输调节模块130对激光进行光斑尺寸的调整之后，可以继续传输至振镜和场镜模块140，并且利用振镜和场镜模块140聚焦至加工面。其中加工面可以是产品加工界面，例如在激光掺杂工艺中，将激光聚焦至待掺杂衬底表面。振镜和场镜模块140包括振镜141和场镜142，参考图2所示，其中振镜141具有固定直径的孔径。

由以上叙述可知，本申请实施例通过利用光纤激光器110、整形匀光光纤120、激光传输调节模块130以及振镜和场镜模块140，就能够实现对激光进行匀光以及整形处理，并且无需调试人员反复调试，受环境影响较小，稳定性大大增大，且整形匀光光纤120的匀光效果较好，能够满足多种环境的工艺需求。

在实际应用中，整形匀光光纤120的数值孔径(NA)越大，匀光效果越好，但是在利用振镜和场镜模块140进行激光光束的传输场景下，若整形匀光光纤120的数值孔径较大，会导致激光的光斑较大，在传输至振镜141时，振镜141会阻挡部分光线，导致激光的能量损失以及光斑不均匀的情况出现。因此为匹配长焦距场镜142的使用场景，本申请实施例采用的整形匀光光纤120的数值孔径小于目标阈值，以便避免激光的光斑尺寸较大以及避免振镜141挡光。

具体的，目标阈值可以根据实际情况中振镜141的孔径尺寸以及场景142的焦距进行确定。例如目标阈值可以小于0.1，整形匀光光纤120的数值孔径也相应地小于0.1。

在本申请的实施例中，整形匀光光纤120的纤芯形状会影响最终在加工面的激光的光斑形状，也就是说，整形匀光光纤120的纤芯形状和聚焦至加工面的激光的光斑形状匹配，匹配指的是相同或者相似。

作为一种示例，整形匀光光纤120的纤芯形状为方形，参考图3所示，加工面的激光的光斑形状可以为矩形。

作为另一种示例，整形匀光光纤120的纤芯形状为六边形，参考图3所示，加工面的激光的光斑形状可以也为六边形。

在本申请的实施例中，由于光纤激光器110输出激光的光纤和整形匀光光纤120的纤芯尺寸有较大差异，直接熔接会导致熔接部位错位，并且由于模场适配，激光从光纤激光器110的输出光纤进入整形匀光光纤120有非常大的插入损耗。因此，可以在光纤激光器110以及整形匀光光纤120中加入模场适配模块，利用模场适配模块辅助从光纤激光器110输出的激光耦合至整形匀光光纤120，降低插入损耗。

具体的，模场适配模块可以是模场适配器150，参考图2所示，模场适配器150例如可以为拉锥光纤。

光纤激光器110的输出光纤与模场适配器150的输入端熔接，模场适配器150的输出端与整形匀光光纤120熔接。光纤激光器110的输出光纤输出激光后，可以利用模场适配器150，将光斑尺寸放大至整形光纤的尺寸，以增大耦合效率，降低能量损耗。

模场适配器150的输入端与光纤激光器110的输出光纤都为圆形光纤，即纤芯的形状都为圆形，模场适配器150的输入端的纤芯直径可以大于光纤激光器110的输出光纤的纤芯直径，此时熔接后插入损耗可以低于0.02dB。例如，模场适配器150的输入端的LP01模场直径为光纤激光器110的输出光纤的本征模场直径的98％-102％。

模场适配器150的输出端为圆形光纤，和整形匀光光纤120的纤芯形状不同，即模场适配器150的输出端与整形匀化光纤120熔接属于异形光纤熔接，需要将不同形状的光纤熔接在一起。模场适配器150的输出端和整形匀光光纤120都为多模光纤，方便进行激光耦合。

在本申请的实施例中，模场适配器150的输出端的纤芯直径可以小于或等于整形匀光光纤120的纤芯内接圆直径，参考图4所示，这样可以降低插入损耗。例如，当整形匀光光纤的纤芯为方形时，纤芯边长为模场适配器150的输出端纤芯直径的98％-102％。

在本申请的实施例中，模场适配器150的数值孔径小于整形匀光光纤120的数值孔径，这样设置能够实现激光从模场适配器150耦合进入整形匀光光纤120后能够被约束传播。具体的，模场适配器150的数值孔径可以为整形匀光光纤120的数值孔径的85％-98％，这样可以实现低阶模式和高阶模式共同被激发，使得匀光处理之后激光比较均匀，否则只有低阶模式被激发，无法填充整个整形匀光光纤120的纤芯，达不到匀光效果。

作为一种示例，光纤激光器110的输出光纤的NA值为0.07，纤芯直径为10微米。模场适配器150的输入端的NA值为0.072，纤芯直径为11.1微米。模场适配器150的输出端的NA值为0.073，纤芯直径为60微米。整形匀光光纤120的NA值为0.075，纤芯边长为60微米。

在本申请的实施例中，由于激光加工场景通常需要应用大功率激光，因此整形匀光光纤120和模场适配器150的芯层材料可以为低羟基纯石英，包层材料可以为掺杂石英。

在本申请的实施例中，激光传输调节模块130包括准直镜131和柱面镜组132，参考图5所示。准直镜131用于将从整形匀光光纤120出射的激光进行准直，使得进入振镜和场镜模块140的激光为准直激光。柱面镜组132用于对激光的光斑尺寸进行一维方向或二维方向的调整，即柱面镜组132可以对激光的光斑尺寸进行改变。例如当激光的光斑为矩形时，可以对光斑的长宽比进行调节，进而改变激光的功率密度。也就是说，激光传输调节模块130既可以实现激光准直，也能够实现光束调焦。

在实际应用中，整形匀光光纤120的数值孔径可以与准直镜131的焦距匹配，使得激光的光斑小于振镜141的孔径入瞳。

在本申请的实施例中，柱面镜组132可以包括多个柱镜以及其他光学镜片，柱面镜组132的坐标系可以参考图2所示，沿着激光传输的方向为Z轴方向，这样利用柱面镜组132就可以实现对激光的光斑在一维方向或二维方向的调整。其中，一维方向可以是x轴方向或y轴方向，二维方向为x轴方向和y轴方向。

当整形匀光光纤的纤芯为方形时，准直镜131、柱面镜组132和场镜142构成成像光路，加工面的光斑尺寸为长宽分别为X＝F×D/fx和Y＝F×D/fy的矩形光斑，参考图6所示，其中F为场镜142的焦距，D为整形匀光光纤120的纤芯边长，fx，fy分别为x方向上和y方向上准直镜131与柱面镜组132的组合焦距。

柱面镜组132可单独实现对激光光斑在x方向和y方向的倍数与发散角调节。通过调节柱镜倍数和发散角，即可调节fx与fy，从而调节加工面上的光斑尺寸，实现任意光斑长宽比。

在本申请的实施例中，若想要固定长宽的矩形光斑，柱面镜组132至少由两片柱镜组成，也可在柱镜组后增加一枚球面镜，完成x方向和y方向的固定倍数与准直。

作为一种示例，柱面镜组132包括两片轴向相同的柱镜：第一柱镜和第二柱镜，第一柱镜可以为柱镜1，第二柱镜可以为柱镜2。整形匀光光纤120的NA值为0.075，纤芯边长为60微米。参考下表所示，准直镜131的焦距fc为100毫米。柱镜1的焦距f1x为100毫米，柱镜2的焦距f2x为-75毫米，柱镜1和柱镜2之间的间距d1为25毫米，x方向上的组合焦距fx为75毫米，y方向上的组合焦距fy为100毫米。振镜141的孔径为15毫米，场镜142的焦距F为250毫米，此时加工面的光斑尺寸X为200微米，Y为150微米。

作为另一种示例，柱面镜组132包括两片轴向正交的柱镜：第三柱镜、第四柱镜和第一球面镜，第三柱镜可以为柱镜1，第四柱镜可以为柱镜2，第一球面镜可以为球面镜1。整形匀光光纤120的NA值为0.075，纤芯边长为60微米。参考下表所示，准直镜131的焦距fc为100毫米。柱镜1的焦距f1x为100毫米，柱镜2的焦距f2x为75毫米，柱镜1和柱镜2之间的间距d1为25毫米，球面镜1的焦距f3为-50毫米，柱镜2和球面镜1之间的间距d2为25毫米，x方向上的组合焦距fx为50毫米，y方向上的组合焦距fy为66.67毫米。振镜141的孔径为15毫米，场镜142的焦距F为250毫米，此时加工面的光斑尺寸X为300微米，Y为225微米。

在本申请的实施例中，调整柱面镜组132包括的多个柱镜之间的距离，可以在一维方向上调整激光的光斑尺寸。也就是说，若想要一维可调矩形光斑长宽比，柱面镜组132至少由三片柱面镜组成，完成一维x方向或y方向的倍数与准直。

作为一种示例，柱面镜组132包括三片轴向相同的柱镜：第五柱镜、第六柱镜和第七柱镜，第五柱镜可以为柱镜1，第六柱镜可以为柱镜2，第七柱镜可以为柱镜3。整形匀光光纤120的NA值为0.075，纤芯边长为60微米。参考下表所示，准直镜131的焦距fc为100毫米。柱镜1的焦距f1x为100毫米，柱镜2的焦距f2x为-25毫米，柱镜3的焦距f3为50毫米，柱镜1和柱镜2之间的间距d1可调，柱镜2和柱镜3之间的间距d2可调，x方向上的组合焦距fx为100毫米，y方向上的组合焦距fy为50-100毫米。振镜141的孔径为15毫米，场镜142的焦距F为250毫米，此时加工面的光斑尺寸X为150微米，Y为150-300微米，即实现了Y方向的光斑尺寸可调。

在实际应用中，激光传输调节模块130中包括的准直镜131和柱面镜组132，其中的每一片镜片都可以是由多个镜片组合形成，以便消除在激光传输过程中的像差。

由此可见，通过利用激光传输调节模块130，就可以实现任意长宽比的激光光斑，可以通过调整光斑的长宽比来调整激光光斑的功率密度，控制激光加工的精确度。利用整形匀光光纤120将激光整形匀化后，通过准直镜131准直聚焦之后的远场光斑为整形平顶光斑，整形后的光斑不均匀性在10％以内。也就是说，本申请实施例提供的光束匀光系统，整形匀光光纤120不受DOE调光影响，只需要准直进入振镜入瞳即可，调光简单，结构稳定。

本申请实施例提供了一种光束匀光系统，系统包括：光纤激光器、整形匀光光纤、激光传输调节模块以及振镜和场镜模块，整形匀光光纤用于对激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将激光填充满整形匀光光纤的纤芯，光纤激光器输出的激光利用整形匀光光纤传输至激光传输调节模块，利用激光传输调节模块对激光的光斑尺寸进行调整，而后利用振镜和场镜模块聚焦至加工面，也就是说，光纤激光器输出的激光首先经过整形匀光光纤进行匀光处理，而后利用激光传输调节模块进行整形处理，最后经过振镜和场镜模块聚焦至加工面，实现对加工面的产品进行加工处理。并且整形匀光光纤能够对激光光束进行稳定匀光处理，受入射激光光束的质量影响较小，稳定性较高，光束均匀性较强，能够利用整形匀光光纤实现稳定的且均匀性较强的匀光效果，满足实际工艺需求。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (15)

1.一种光束匀光系统，其特征在于，所述系统包括：光纤激光器、整形匀光光纤、激光传输调节模块、振镜和场镜模块；

所述光纤激光器输出的激光利用所述整形匀光光纤传输至所述激光传输调节模块，利用所述激光传输调节模块对所述激光的光斑尺寸进行调整，而后利用振镜和场镜模块聚焦至加工面；

所述整形匀光光纤用于对所述激光的高阶模式和低阶模式进行共同激发，将所述激光填充满所述整形匀光光纤的纤芯。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述整形匀光光纤的数值孔径小于目标阈值。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述目标阈值小于0.1。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述整形匀光光纤的纤芯形状和聚焦至所述加工面的激光的光斑形状匹配。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述整形匀光光纤的纤芯形状为方形，所述加工面的激光的光斑形状为矩形。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括模场适配模块，所述模场适配模块用于辅助将所述激光耦合至所述整形匀光光纤，所述模场适配模块包括模场适配器。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模场适配器的数值孔径小于所述整形匀光光纤的数值孔径。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述模场适配器的数值孔径为所述整形匀光光纤的数值孔径的85％-98％。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模场适配器输出端的纤芯直径小于所述整形匀光光纤的纤芯内接圆直径。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的系统，其特征在于，所述激光传输调节模块包括准直镜和柱面镜组；

所述准直镜用于将从所述整形匀光光纤出射的激光进行准直；

所述柱面镜组用于对所述激光的光斑尺寸进行一维方向或二维方向的调整。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述二维方向包括x方向上和y方向，当所述整形匀光光纤的纤芯为方形时，所述准直镜、所述柱面镜组和所述振镜和场镜模块中的场镜构成成像光路，所述加工面的矩形光斑的光斑尺寸的长宽分别为X＝F×D/fx和Y＝F×D/fy，其中所述F为所述场镜的焦距，所述D为所述整形匀光光纤的纤芯边长，所述fx，所述fy分别为x方向上和y方向上所述准直镜与所述柱面镜组的组合焦距；

通过调整所述柱面镜组中的柱镜倍数和发散角，以调整所述fx与所述fy，从而调整所述加工面上的光斑尺寸。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，调整所述柱面镜组包括的多个柱镜之间的距离，以在一维方向上调整所述激光的光斑尺寸。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述柱面镜组包括两片轴向相同的柱镜，分别为第一柱镜和第二柱镜，所述整形匀光光纤的数值孔径为0.075，所述整形匀光光纤的纤芯边长为60微米，所述准直镜的焦距fc为100毫米，所述第一柱镜的焦距f1x为100毫米，所述第二柱镜的焦距f2x为-75毫米，所述第一柱镜和所述第二柱镜之间的间距d1为25毫米，所述x方向上的组合焦距fx为75毫米，所述y方向上的组合焦距fy为100毫米，所述振镜和场镜模块中的振镜的孔径为15毫米，所述场镜的焦距F为250毫米，所述加工面的光斑尺寸长为200微米，宽为150微米。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述柱面镜组包括两片轴向正交的柱镜以及一片球面镜，分别为第三柱镜、第四柱镜和第一球面镜，所述整形匀光光纤的数值孔径为0.075，所述整形匀光光纤的纤芯边长为60微米，所述准直镜的焦距fc为100毫米，所述第三柱镜的焦距f1x为100毫米，所述第四柱镜的焦距f2x为75毫米，所述第三柱镜和所述第四柱镜之间的间距d1为25毫米，所述第一球面镜的焦距f3为-50毫米，所述第四柱镜和所述第一球面镜之间的间距d2为25毫米，所述x方向上的组合焦距fx为50毫米，所述y方向上的组合焦距fy为66.67毫米，所述振镜和场镜模块中的振镜的孔径为15毫米，所述场镜的焦距F为250毫米，所述加工面的光斑尺寸长为300微米，宽为225微米。

15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述柱面镜组包括三片轴向相同的柱镜，分别为第五柱镜、第六柱镜和第七柱镜，所述整形匀光光纤的数值孔径为0.075，所述整形匀光光纤的纤芯边长为60微米，所述准直镜的焦距fc为100毫米，所述第五柱镜的焦距f1x为100毫米，所述第六柱镜的焦距f2x为-25毫米，所述第七柱镜的焦距f3为50毫米，所述x方向上的组合焦距fx为100毫米，所述y方向上的组合焦距fy的范围为50毫米-100毫米，所述振镜和场镜模块中的振镜的孔径为15毫米，所述场镜的焦距F为250毫米，分别调整所述第五柱镜和所述第六柱镜之间的距离，以及所述第六柱镜和所述第七柱镜之间的距离，所述加工面的光斑尺寸长为150微米，宽的范围为150毫米-300微米。