[發(fā)明專利]一種激光束整形五分透鏡和四分透鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810089032.8
• 申請(qǐng)日: 2008-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN101256287A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹子文;鄒世坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號(hào): G02B27/10
• 分類號(hào): G02B27/10;G02B27/12
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心
• 代理人: 梁瑞林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)，涉及對(duì)激光束整形透鏡的改進(jìn)。

背景技術(shù)

由于圓形激光晶體易于生長(zhǎng)，而且泵浦均勻，所以目前大多數(shù)激光器的輸出為高斯分布的圓形光斑。而對(duì)熱處理、激光沖擊處理等工藝，需要采用方形光斑來滿足各種工藝需求，一般可以采用掩模、特殊的積分鏡等方法來獲得方形光斑。目前方法的缺點(diǎn)是：采用掩模會(huì)損失部分能量，對(duì)于激光沖擊強(qiáng)化等需要大能量的激光加工技術(shù)來說，掩模不僅產(chǎn)生能量損失，而且降低加工效率，顯然采用掩模不是很好的辦法。特殊的積分鏡具有幾十個(gè)甚至上百個(gè)加工面，加工成本很高，而且容易被強(qiáng)激光破壞。例如π整形鏡承受的峰值功率密度僅為200MW/cm²，該整形鏡無法用于激光沖擊強(qiáng)化等峰值功率密度大于1GW/cm²的激光加工技術(shù)。另外，該整形鏡價(jià)格很貴，φ6，φ12，φ34的整形鏡價(jià)格分別為3400歐元，6000歐元，15000歐元，因此，這種整形鏡在使用中存在很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的是：提出一種不損失激光能量、承受的激光峰值功率密度高于3GW/cm²、成本低的激光束整形透鏡。

本發(fā)明專利的技術(shù)方案是：一種激光束整形五分透鏡，具有一個(gè)半徑為R1、厚度為σ1的圓片形基體，其底面為平面，其特征在于，整形透鏡的上表面是由A、B、C、D、E五個(gè)平面組成的四棱臺(tái)，平面E平行于整形透鏡的底面，平面E在整形透鏡底面上的投影是一個(gè)位于該底平面中心的正方形，平面E的外接圓半徑為r，r＝0.4～0.7R1；平面A、B、C、D的形狀相同，它是一個(gè)下底為弧線的等腰梯形，該等腰梯形的上底為平面E的一個(gè)邊，平面A、B、C、D與整形透鏡底面的夾角均為α，α＝0.01～0.4弧度。

一種激光束整形四分透鏡，具有一個(gè)半徑為R2、厚度為σ2的圓片形基體，其底面為平面，其特征在于，整形透鏡的上表面是由F、G、H、K四個(gè)平面組成的四棱錐，平面F、G、H、K的形狀相同，它是一個(gè)底邊為弧線的等腰三角形，平面F、G、H、K與整形透鏡底面的夾角均為α，α＝0.01～0.4弧度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：不損失激光能量，承受的激光峰值功率密度高于3GW/cm²，成本低，便于推廣使用。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的成本僅幾百元人民幣，是π整形鏡百分之一以下。

附圖說明

圖1是本發(fā)明激光束整形五分透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的仰視圖。

圖3是本發(fā)明激光束整形四分透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3的仰視圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1、2，一種激光束整形五分透鏡，具有一個(gè)半徑為R1、厚度為σ1的圓片形基體，其底面為平面，其特征在于，整形透鏡的上表面是由A、B、C、D、E五個(gè)平面組成的四棱臺(tái)，平面E平行于整形透鏡的底面，平面E在整形透鏡底面上的投影是一個(gè)位于該底平面中心的正方形，平面E的外接圓半徑為r，r＝0.4～0.7R1；平面A、B、C、D的形狀相同，它是一個(gè)下底為弧線的等腰梯形，該等腰梯形的上底為平面E的一個(gè)邊，平面A、B、C、D與整形透鏡底面的夾角均為α，α＝0.01～0.4弧度。

上面所說的圓片形基體的半徑R1＝10～100mm，厚度σ1＝[(R1-0.707r)*tanα+(2～5)]mm。

參見圖3、4，一種激光束整形四分透鏡，具有一個(gè)半徑為R2、厚度為σ2的圓片形基體，其底面為平面，其特征在于，整形透鏡的上表面是由F、G、H、K四個(gè)平面組成的四棱錐，平面F、G、H、K的形狀相同，它是一個(gè)底邊為弧線的等腰三角形，平面F、G、H、K與整形透鏡底面的夾角均為α，α＝0.01～0.4弧度。

上面所說的圓片形基體的半徑R2＝10～100mm，厚度σ2＝[R2*tanα+(2～5)]mm。

本發(fā)明的工作原理是：對(duì)五分鏡而言，使激光入射光斑的邊緣剛好外接平面E的四個(gè)角，在工作焦點(diǎn)位置，平面A、B、C、D的折射光被折射進(jìn)正方形內(nèi)，這樣一來，半徑為R3的圓形光斑被轉(zhuǎn)化邊長(zhǎng)為1.414r的方形光斑。

對(duì)四分鏡而言，圓形光斑經(jīng)鏡片后，由于平面F、G、H、K四個(gè)面的折射作用，被分解成四個(gè)直角扇形，隨后四個(gè)直角扇形隨焦距的調(diào)整向中間合攏，在工作焦點(diǎn)位置四個(gè)直角扇形重疊形成四方形。在工作焦點(diǎn)位置，半徑為R3的圓形光斑被轉(zhuǎn)化成邊長(zhǎng)為R3的方形光斑。

實(shí)施例。

下面表1給出本發(fā)明激光束整形五分透鏡的3個(gè)實(shí)施例的參數(shù)。