CN220921248U - 一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，包括信号开关与所述信号开关输出端的电性连接的光源驱动模块，信号开关的输入端用于电性连接外部的雕刻设备，其特征在于，所述光源驱动模块驱动多个不同波长光束，还包括：偏振合束模块组，包括多块并列设置的偏振合束模块，各所述偏振合束模块，波长合束模块，光束整形模块，聚焦镜，波长光束经过以上模块后能够进行角度的转变和光束的聚焦，使其功率能量成倍增加，以传播至加工材料，本实用新型通过以上设计，可以实现在不改变光斑尺寸的情况下，将多种波长光束进行聚焦,从而使切割效果进一步加强。

Description

一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组

技术领域

本实用新型涉及激光应用的技术领域，尤其是涉及一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组。

背景技术

随着科学技术的不断发展，激光技术愈发成熟，目前激光已在雕刻领域大范围应用，市场上已经推出多种激光雕刻模组，激光雕刻模组都是对激光进行整形和聚焦，使激光能量在焦点处集中，焦点能量使加工物品气化，从而实现对物品加工；

现有技术中激光雕刻模组多采用单一波长光束进行偏振合束或空间阵列合束，为了满足市场使用需求，使其切割效果更佳，进而需要增大功率，但是现有技术中只能通过阵列合束和偏振合束方式增加功率,功率越大，光斑随之越大,切割性能提升并不理想；并且由于不同材料对于同种波长激光能量吸收效率不同,导致单一波长光束切割应用范围有限，应用范围较差。

因此，解决上述问题，是本领域人员亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中提出的技术缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，可在一个模组中将多种不同波长的激光光束集成，增加了激光器切割的性能，并且可以根据不同材料，运用电路驱动系统控制对应高吸收效率波长激光光束出光，进一步提高激光器切割的性能。

本实用新型采用如下技术方案：一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，包括信号开关与所述信号开关输出端的电性连接的光源驱动模块，信号开关的输入端用于电性连接外部的雕刻设备，所述光源驱动模块驱动多个不同波长光束，还包括：

偏振合束模块组，包括多块并列设置的偏振合束模块(1)，各所述偏振合束模块(1)用于将接收到相同波长的两束激光束进行偏振合束；

波长合束模块(2)，用于接收各光束并将各光束进行合束形成一束光束；

光束整形模块(3)，用于接收到合束光束并将合束光源光束整形形成整形光束以传播至聚焦镜(4)；

聚焦镜(4)，用于接收到整形光束并对整形光束进行聚焦，以传播至加工材料处。

通过采取上述的方案，利用偏振合束模块组、波长合束模块和整形模块，实现了在不改变光斑尺寸的情况下，将波长光束堆栈,使激光功率实现倍增。

进一步的，所述偏振合束模块包括旋光片、偏振合光镜，所述旋光片用于旋转其中一束线偏振光的偏振方向以传播至偏振合光镜，所述偏振合光镜分别接收旋光片传播来的波长光束并对其进行反射、接收另一束波长光束进行透射，以使两束波长光束的传播方向一致且传播至波长合束模块，首个所述偏振光束还经过反射镜并将偏振光束反射至波长合束模块。

通过采取上述的方案，多束波长光束均先通过偏振合束模块，进行一次偏振合束，光束截面不变的情况下，使其波长光束能量叠加一倍，同时形成偏振光束发送至波长合束模块。

进一步的，所述波长合束模块包括多块并列设置的波长合束镜，各所述波长合束镜用于接收各所述偏振合光镜传播的偏振光束进行合束并形成合束光束，光束截面不变的情况下，使其波长光束能量叠加多倍，同时传播至光束整形模块。

通过采取上述的方案，能够将各偏振合光镜传播过来的偏振光束进行再次合束，使多束偏振光束的能量空间重合进一步叠加。

进一步的，所述光束整形模块包括合束光源依次穿透的慢轴准直镜、快轴准直镜，所述慢轴准直镜、快轴准直镜分别用于对合束光束的慢轴发散角与快轴发散角进行整形并形成整形光束以传播至聚焦镜，所述慢轴准直镜和快轴准直镜均为柱面透镜。

通过采取上述的方案，能够对光束的快慢轴发散角进行调整，形成光斑快轴和慢轴相近的矩形光斑且发散角小的平顶光束，进而能够使整形光束聚焦效果和束腰大小进行优化，从而使整形光束的能量进一步增加。

进一步的，所述聚焦镜位于快轴准直镜的末端并接收快轴准直镜传播过来的整形光束且对整形光束进行聚焦以传播至加工材料。

通过采取上述的方案，能够使整形光束进行进一步的聚焦，从而能够使光束能量集中倍增，从而使切割的效果更加优化。

进一步的，所述信号开关的输入端还电性连接有信号指令处理模块，所述信号指令处理模块可输出出光信号并发送至信号开关以用于对光源驱动模块的工作状态进行控制，

或，所述信号指令处理模块可对雕刻设备输出至信号开关的出光信号进行处理，并发送至信号开关以用于对光源驱动模块的工作状态进行控制。

通过采取上述的方案，能够根据加工的不同的材料发出出光信号，对光源驱动模块工作状态进行控制，也可对雕刻设备输出给信号开关的信号进行控制，进而更精细化控制光源驱动模块的工装状态，从而能够使本实用新型的适用性更强。

综上所述，本实用新型的有益效果为:通过利用偏振合束模块组进行偏振合束，能够使两束波长光束的传播方向一致并发送到波长合束模块，波长合束模块将两束偏振光束合并使其能量倍增同时发送至光束整形模块，同时通过设置整形模块对快慢轴发散角进行修整，进而修整后的合束光束形成整形光束，能够使其形成的光斑呈近方形的平顶光束，从而能够使整形光束聚焦效果和束腰大小进行优化，从而使整形光束的能量进一步增加，同时将整形光束发送至聚焦镜并将光线聚焦以聚射至加工材料，实现了在不改变光斑尺寸的情况下，将多种光束进行聚焦,从而使切割效果进一步增加。

上述说明仅是本实用新型的技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型实施例的控制电路及光路原理图；

图中的附图标记说明：1、偏振合束模块；11、旋光片；12、偏振合光镜；2、波长合束模块；21、波长合束镜；3、光束整形模块；31、慢轴准直镜；32、快轴准直镜；4、聚焦镜；5、反射镜。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容能更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明。

需要说明的是，本文所使用的术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

可以理解地，相关技术中，为了使切割效果更加理想，市面上的激光雕刻模组多采用单一波长光束进行偏振合束或空间阵列合束，且只能通过阵列合束和偏振合束方式增加功率,使其切割效果更佳，进而需要增大功率，光斑随之越大,切割性能提升并不理想，同时并且由于不同材料对于同种波长激光能量吸收效率不同,导致单一波长光束切割应用范围有限，应用范围较差。

鉴于此，如图1所示，本实施例提供一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，包括信号开关与所述信号开关输出端的电性连接的光源驱动模块，信号开关的输入端用于电性连接外部的雕刻设备，可以理解地，雕刻设备以及信号指令处理模块与信号开关的输出端电性连接，用户根据加工材料的特性，设置好雕刻设备的参数输出出光信号给信号开关，出光信号均为高电平信号(低电平信号均为闭光信号)，信号开关发送信号给光源驱动模块，同时用户可根据需要外接信号指令处理模块，对输入信号开关的信号进行控制并发送至光源驱动模块，进而更精细化控制光源驱动模块的工作状态，使其适用性更强大；光源驱动模块输出恒定电流驱动多束波长光束(此处需说明的是，光源优选为半导体激光光源)，光源驱动模块可为多个，且对应发送至各偏振合束模块组，还包括各波长光束依次经过的偏振合束模块组、波长合束模块2、光束整形模块3以及聚焦镜4，偏振合束模块组包括多块并列设置的偏振合束模块1，各偏振合束模块1用于将接收到的两束波长光束进行偏振合束形成偏振光束并传播至波长合束模块2，波长合束模块2接收各偏振光束并将各偏振光束进行合束形成合束光源且传播至光束整形模块3，光束整形模块3接收到合束光束并将合束光束整形形成整形光束以传播至聚焦镜4，聚焦镜4接收到整形光束并对整形光束进行聚焦，并把聚焦好的光源聚射至加工材料，进而能够使光源对其切割加工。

本实施例中偏振合束模块1包括旋光片11、偏振合光镜12，旋光片11可以由石英晶体制成，用于旋转其中一束线偏振光的偏振方向以传播至偏振合光镜12，并且不改变线偏振光的特性，同时偏振合光镜12可以为非相干偏振合束镜片，偏振合光镜12分别接收旋光片11传播来的波长光束并对其进行反射、接收另一束波长光束进行透射；可以理解地，由相同波长光源发出的两束波长光束，一束是垂直偏振，另一束为水平偏振，将光束射向偏振合光镜12后，一束光被反射，而另一束光透射，以使两束光束的传播方向一致且传播至波长合束模块2，首个偏振光束还经过反射镜5并将偏振光束反射至波长合束模块2，可以理解地，如图1所示，由于首个偏振光束需要将光折射到波长合束镜21，由此需要对偏振光束进行反射至波长合束镜21。

本实施例中波长合束模块2包括多块并列设置的波长合束镜21，各波长合束镜21用于接收各偏振合光镜12传播的偏振光束进行合束并形成合束光束以传播至光束整形模块3；可以理解地，波长合束镜21可以为多个，且呈并列的位置设置，且摆放的的角度也相同，可将45°入射的两种不同偏振光源(一种偏振光源透射，一种偏振光源反射)，从而实现合束到一起形成合束光束，从而实现合束光束的功率密度的成倍提升。

如图1所示，本实施例中光束整形模块3包括合束光束依次穿透的慢轴准直镜31、快轴准直镜32，通过依次设置慢轴准直镜31、快轴准直镜32，可以使，慢轴准直镜31、快轴准直镜32分别用于对合束光束的慢轴发散角与快轴发散角进行整形并形成整形光束以传播至聚焦镜，快慢轴发散角的不同原因为发光区域的几何尺寸不对称，使快轴方向的光束散角被压缩导致快慢轴发散角不一致，从而影响对材料的切割效果；通过上述的设置，能够使通过设定好的整形系统对合束光束的发散角进行整形，形成光斑快轴和慢轴相近的矩形光斑且发散角小的平顶光束，从而提升合束光束的功率，进而使切割效果更佳，慢轴准直镜31和快轴准直镜32均可以为柱面透镜。

如图1所示，本实施例中聚焦镜4位于快轴准直镜32的末端并接收快轴准直镜32传播过来的整形光源且对整形光源进行聚焦以传播至加工材料，可以理解地，聚焦镜4位于整个光源的最后经过的位置，位于快轴准直镜32后端，通过这样的设置方式，能够使整形光源通过聚焦镜4聚射至加工材料，进而更好对加工材料进行加工。

如图1所示，信号开关的输入端还电性连接有信号指令处理模块，信号指令处理模块输出出光信号并发送至信号开关以用于对光源驱动模块的工作状态及雕刻设备输出至信号开关的出光信号进行控制，可以理解地，能够根据加工的不同的材料发出出光信号，对光源驱动模块工作状态进行控制，也可对雕刻设备输出给信号开关的信号进行控制，进而更精细化控制光源驱动模块的工装状态，从而能够使本实用新型的适用性更强。

本申请实施方式的原理为：首先用户根据加工材质打开所需信号开关，再控制雕刻设备发出出光信号,出光信号根据选定的开关传输到对应的光源驱动模块，光源驱动模块收到高电平信号输出恒定电流进而控制不同波长光源出光，同时，多个光源驱动模块控制不同波长的光源发出的光束经过对应的偏振合束模块1进行偏振合束并形成偏振光束，各波长光束经过偏振合束模块1后按照设定的光路通过波长合束模块2并形成合束光束，并将合束光束发送至整形模块进行快慢轴发散角整形，并形成光斑快轴和慢轴相近的矩形光斑且发散角小的平顶光束，以发送至聚焦镜4，进而将聚焦过的整形光束聚射至加工材料进行切割加工。

作为另外一种实施方式，光源驱动模块输出恒定电流驱动多束波长光源，光源产生的光束，各波长光束依次经过的波长合束模块2、偏振合束模块组、光束整形模块3以及聚焦镜4。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，包括信号开关与所述信号开关输出端的电性连接的光源驱动模块，信号开关的输入端用于电性连接外部的雕刻设备，其特征在于，所述光源驱动模块驱动多个不同波长光束，还包括：

偏振合束模块组，包括多块并列设置的偏振合束模块(1)，各所述偏振合束模块(1)用于将接收到相同波长的两束激光束进行偏振合束；

波长合束模块(2)，用于接收各光束并将各光束进行合束形成一束光束；

光束整形模块(3)，用于接收到合束光束并将合束光束整形形成整形光束以传播至聚焦镜(4)；

聚焦镜(4)，用于接收到整形光束并对整形光束进行聚焦，以传播至加工材料处。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，其特征在于：所述偏振合束模块(1)包括旋光片(11)、偏振合光镜(12)，所述旋光片(11)用于旋转其中一束线偏振光的偏振方向以传播至偏振合光镜(12)，所述偏振合光镜(12)分别接收旋光片(11)传播来的波长光束并对其进行反射、接收另一束波长光束进行透射，以使两束波长相同的光束传播方向一致且传播至波长合束模块(2)，首个所述偏振光源还经过反射镜并将偏振光束反射至波长合束模块(2)。

3.根据权利要求2所述的一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，其特征在于：所述波长合束模块(2)包括多块并列设置的波长合束镜(21)，各所述波长合束镜(21)用于接收各所述偏振合光镜(12)传播的偏振光束进行合束并形成合束光束以传播至光束整形模块(3)。

4.根据权利要求3所述的一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，其特征在于：所述光束整形模块(3)包括合束光束依次穿透的慢轴准直镜(31)、快轴准直镜(32)，所述慢轴准直镜(31)、快轴准直镜(32)分别用于对合束光束的慢轴发散角与快轴发散角进行整形并形成整形光束以传播至聚焦镜，所述慢轴准直镜(31)和快轴准直镜(32)均为柱面透镜。

5.根据权利要求4所述的一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，其特征在于：所述聚焦镜(4)位于快轴准直镜(32)的末端并接收快轴准直镜(32)传播过来的整形光束且对整形光束进行聚焦以传播至加工材料。

6.根据权利要求1所述的一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，其特征在于：所述信号开关的输入端还电性连接有信号指令处理模块，所述信号指令处理模块可输出出光信号并发送至信号开关以用于对光源驱动模块的工作状态进行控制，

或，所述信号指令处理模块可对雕刻设备输出至信号开关的出光信号进行处理，并发送至信号开关以用于对光源驱动模块的工作状态进行控制。

7.根据权利要求1所述的一种基于偏振合束与波长合束的激光雕刻模组，其特征在于：所述光源为不同波长的半导体激光光源。