CN2847319Y - 一种用于获得大面积均匀方形光斑的激光均束装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属激光光电子应用领域，克服传统装置得到方形均匀光斑制造复杂缺点。它由凹面带式积分镜L1，凸面带式积分镜L2，球面反射镜L3组成；L1和L2由相同数量，相互间有夹角的奇数个带状反射平面构成，各反射平面在与光线垂直的平面上投影的宽度相等，各带状反射平面的交线平行，L1和L2反射平面交线在空间上垂直；原始激光束经L1反射后，形成的带状光束汇聚后继续前进，并被L2的带状反射平面分成一系列由方形光束组成的光束簇，其中心光束经过L1和L2中间的带状反射平面中心。光束簇经L3反射后汇聚在工作面上，形成一光强均匀分布的方形光斑。该装置可将大功率原始激光光束整形为方形均匀光斑，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型是一种对激光束进行整形的装置，属于激光光电子及其应用领域。
背景技术
在激光烧结陶瓷过程中，希望在一块较大面积上，材料的不同区域都能接收到相同能量的激光辐射以获得一致的材料改性。目前对大功率激光束进行均束的一种方法是采用单块带式积分镜，该技术存在的问题是只能得到带形的均匀光斑(带式成型聚焦反射镜.左铁钏，王智勇.专利号99216602.0.附图7，即本实用新型的附图16中所示长边短边之比接近3∶1)，如果对一般制成圆形或等边方形(长边短边之比为1∶1)的陶瓷坯体进行辐照的话必须配合扫描装置一起使用。另一种方法是采用方形积分聚焦镜，它是在一个球面或非球面基体上用环氧树脂粘上若干方形小镜片，该种方法可得到方形均匀光斑，但制造复杂，且粘接剂在高功率激光辐照下易退化变质。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于获得大面积均匀方形光斑的激光均束装置，简化制造方法，降低制造成本，得到光强均匀分布的方形光斑。
一种用于获得大面积均匀方形光斑的激光均束装置，沿光路方向依次由凹面带式积分镜L1，凸面带式积分镜L2，球面反射镜L3组成；凹面带式积分镜L1和凸面带式积分镜L2上由相同数量的，相互间有夹角的，奇数个带状反射平面构成，各个反射平面在与光线垂直的平面上的投影的宽度是相等的，带式积分镜的各个带状反射平面的交线是平行的，凹面带式积分镜L1和凸面带式积分镜L2的反射平面交线在空间上相互正交，如附图1所示，凹面带式积分镜L1的反射平面交线垂直于纸面，而凸面带式积分镜L2的反射平面交线平行于纸面，所以L2的反射平面在附图1中的截面是一条线段而不是凸面形，即附图5所标的剖面A-A。原始平行激光束首先经凹面带式积分镜L1反射，出射光为多个汇聚的带状光束，各带状光束汇聚成一带状光斑(如附图6所示FP为带状光斑)后，继续按各自的方向前进，并投射到凸面带式积分镜L2上，被凸面带式积分镜L2的带状反射平面分成一系列截面边长相等的由小正方形光束组成的方形光束簇。此光束簇的中心光束经过凹面带式积分镜L1和凸面带式积分镜L2的中间带状反射平面的中心。光束簇经球面反射镜L3反射后汇聚，各个光束在工作面上重叠，形成一块光强均匀分布的方形光斑。
本实用新型的有益效果是可将大功率原始激光光束整形为方形均匀光斑(长短边之比为1∶1)，适用于较大面积材料的均匀辐照，同时相对原有技术来说，降低了制造成本。
附图说明：
图1：本实用新型示意图，该图为凹面带式积分镜L1的反射平面交线垂直的视图；
图2：带式积分镜L1侧视图；其中各个面P为带式积分镜L1上的带式反射平面，X为各反射平面间的交线；
图3带式积分镜L1主视图；
图4：带式积分镜L2侧视图；其中各个面P为带式积分镜L2上的带式反射平面，X为各反射平面间的交线；
图5带式积分镜L2主视图；
图6：本实用新型均束原理图；
图7：原始激光束横截面上的能量分布；
图8：原始激光束X截面上的能量分布；
图9：原始激光束Y截面上的能量分布；
图10：原始激光束的能量分布；
图11：激光束经本实用新型均束后横截面上的能量分布；
图12：激光束经本实用新型均束后X截面上的能量分布；
图13：激光束经本实用新型均束后Y截面上的能量分布；
图14：激光束经本实用新型均束后的能量分布；
图15：引用专利(带式成型聚焦反射镜.左铁钏，王智勇.专利号99216602.0)的附图中的带式成型聚焦反射镜结构图，其中1是镜座，2是多带反射斜面；
图16：引用专利(带式成型聚焦反射镜.左铁钏，王智勇.专利号99216602.0)的附图中的带式成型聚焦反射镜聚焦后聚焦焦斑能量分布。
具体实施方式：
该具体实施方式选择大功率CO2激光束为对象。利用扩束镜将原始激光束扩束到合适的直径以配合本实用新型的使用。带式积分镜L1和L2的反射平面数目都定为7，各条反射平面的宽度在毫米量级，所用材料为紫铜，加工时在圆柱形坯材上用超精密金刚石车床一次切削成型，这种加工手段能使表面粗糙度达到20nm，角度精度可达到0.01度，从而保证了实验的误差在允许范围之内。然后按图1所示装配各块镜片，经这套装置均束后，可将能量分布为多模的原始激光束(图7-图10所示)转换为能量分布近乎均匀的方形平顶光斑(图11-图14所示)。激光束的测量采用的仪器为北京工业大学激光工程研究院所研制的大功率激光光束光斑质量诊断仪LQD-1。
经使用表明，本实用新型达到了预期的目的。
Claims (1)
1、一种用于获得大面积均匀方形光斑的激光均束装置，其特征为：沿光路方向依次由凹面带式积分镜(L1)，凸面带式积分镜(L2)，球面反射镜(L3)组成；凹面带式积分镜(L1)和凸面带式积分镜(L2)由相同数量的，相互间有夹角的，奇数个带状反射平面构成，各个反射平面在与光线垂直的平面上的投影的宽度是相等的，带式积分镜的各个带状反射平面的交线是平行的，凹面带式积分镜(L1)和凸面带式积分镜(L2)的反射平面交线在空间上相互正交。
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