CN2510880Y - 激光光束聚焦成型积分镜 - Google Patents
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Abstract
一种属于激光光电子应用领域的激光光束聚焦成型积分镜,主要包括镜座和镜面两部分,其镜面是多带反射曲面2,由在镜座上的凹凸面形成。多条不同曲率半径的曲线组成了过反射面回转轴4的平面与多带反射曲面2相交的曲线,曲面2中带面5之间的相交在镜面上形成带线3,曲面2的数目等于带线数加一,但带数至少为两带。该镜面即在球面或非球面反射聚焦镜的回转方向相垂直的方向、采用多带不同曲率半径的曲面代替单一曲面,使得经反射镜反射聚焦后,激光束在聚焦面上形成窄条光斑,窄条内,激光能量依照待处理材料表面的形状而分布。从而改善激光热处理、激光淬火、激光喷涂的加工质量,提高激光熔敷和喷涂后熔敷层和喷涂层的均匀性和粉末的利用率。
Description
激光光束聚焦成型积分镜是一种将激光光束进行成型变换的光学元件，属于激光光电子及其应用领域。
该光学元件是一种将原始大功率激光束变换成能量按设计所需分布的窄带光斑的光学元件，主要应用于激光表面热处理，激光淬火，激光熔敷，激光喷涂等利用高能激光束进行材料表面处理的领域；并可广泛应用于激光光束整形，激光测量等将激光束变换成设计所需分布的窄带光斑的场合。
目前在激光材料表面处理中，往往需要对一定曲面形状的材料进行处理，这要求辐射在曲面上的激光能量依曲面形状而分布，才能使辐射在曲面单位面积上激光能量相同，从而使整个曲面能处理均匀。目前在激光材料表面处理中，对大功率激光束进行会聚的一种方法是采用球面或非球面(如抛物面、椭圆面、双曲面等)反射聚焦镜。该技术所存在的问题是：反射聚焦镜将激光束会聚成圆形，不是依据待处理曲面形状而分布的，这不利于进行激光材料表面处理的均匀。另一种方法是采用方形和带形积分聚焦镜，将原始激光束聚焦成一定大小的光强分布均匀的矩形光斑，这两种积分镜只适合于平面的激光表面处理。
本实用新型的目的是完善以上不足，设计一种将原始激光束聚焦成按照所处理的材料表面形状而分布，使辐射在曲面上任意单位面积上的激光能量相同的一种激光光束聚焦成型积分镜。
本实用新型主要由镜座1和镜面构成，其特征在于：所述的的镜面是一种由在镜座上的凹凸面形成的多带反射曲面2。所述多带反射曲面2的带数至少为两带。
本实用新型中的过反射面回转轴4的平面与镜面相交形成多条不同曲率半径的曲线、该曲线通过回转轴4回转构成多带反射曲面2，多带反射曲面2中带面5之间的相交在镜面上形成带线3，多带反射曲面2的数目等于带线数加一，也等于曲线数目，也等于曲线数目。
本实用新型的技术方案中，图1所示为激光光束聚焦成型积分镜的结构图，图2所示为激光光束聚焦成型积分镜的剖视结构图。它是在球面或非球面(如抛物面、椭圆面、双曲面等)反射聚焦镜的回转方向相垂直的方向采用多带不同曲率半径的曲面2代替单一曲面，这样经反射镜反射聚焦后(如图3所示)，在聚焦面上形成窄条激光光斑，窄条6内，激光能量依照待处理材料表面的形状而分布。(如图6所示)。多带反射曲面2的带数和曲面半径以及曲面的凹凸度由待处理材料表面的形状及尺寸和所要求聚焦的光斑的能量分布所决定。待处理的材料表面的形状越复杂，曲线的数目越多，半径越小，凹凸度越大。
采用该技术方案可将原始激光束聚焦成按照所处理的材料表面形状而分布，使辐射在曲面上任意单位面积上的激光能量相同，这将促进整个曲面激光热处理，淬火时处理厚度的均匀性。对激光熔敷和激光喷涂可提高熔敷和喷涂层的均匀性，提高粉末的利用率和减少后续的加工量。激光光束聚焦成型积分镜可利用回转型高精车机床一次成型加工，制造工艺简单，可提高反射镜耐高功率激光束和散热的能力以及聚焦质量。
附图说明：
图1：激光光束聚焦成型积分镜结构图，1.镜座，5.带面；
图2：激光光束聚焦成型积分镜剖视结构图，2.多带反射曲面，3.反射曲面之间形成的带线，4.回转轴；
图3：激光光束聚焦成型积分镜的聚焦图，6.积分镜聚焦后窄条，A：入射激光束；
图4：待处理的曲面形状，7.待处理材料表面，8.圆弧；
图5：原始激光束能量分布；
图6：激光光束聚焦成型积分镜聚焦后窄条聚焦焦斑能量分布，9.窄条内光束能量分布。
实施例：
本实施例选择大功率CO2激光束为实施对象。如图4所示，为待处理的材料表面形状为一弧面7，其剖面为一段圆弧8，根据弧面设计激光光束聚焦成型积分镜，如图3所示，当激光束平行入射到激光光束聚焦成型积分镜上，经激光光束聚焦成型积分镜聚焦后，将能量分布为近似高斯的原始激光束(图5所示)变换为在焦点附近，光束能量分布为弧面的聚焦窄条光斑9(图6所示)。
经使用表明，本实用新型达到了预期的目的。
Claims (3)
1、一种激光光束聚焦成型积分镜，主要由镜座(1)和镜面构成，其特征在于：所述的的镜面是一种由在镜座上的凹凸面形成的多带反射曲面(2)。
2、根据权利要求1所述的激光光束聚焦成型积分镜，其特征在于：所述多带反射曲面(2)的带数至少为两带。
3、根据权利要求1或2所述的激光光束聚焦成型积分镜，其特征在于：过反射面回转轴(4)的平面与镜面相交形成多条不同曲率半径的曲线、该曲线通过回转轴(4)回转构成多带反射曲面(2)，多带反射曲面(2)中带面(5)之间的相交在镜面上形成带线(3)，多带反射曲面(2)的数目等于带线数加一，也等于曲线数目。
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- 2001-12-29 CN CN 01278581 patent/CN2510880Y/zh not_active Expired - Fee Related
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