[發明專利]一種透射式激光光束整形系統

有效

• 申請號: 201611143506.3
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106526872B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 秦應雄;丁靚;潘新宇;許介銘;彭浩;唐霞輝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 趙偉

本發明公開了一種透射式激光光束整形系統，包括透射式相位調制鏡、空間濾波鏡及透射式準直鏡。透射式相位調制鏡入射面為高度不同的凹凸間隔同心圓環面，相鄰的凸面與凹面對應激光束相鄰的峰，激光的出射面為凸面；空間濾波鏡對透射式相位調制鏡的輸出光束的模式進行篩選，使其中心主峰光束能通過，次級小峰被反射吸收；透射式準直鏡對經過選擇的主峰光束的發散角進壓縮，得到模式單一、發散角小、能量損耗小的激光；本發明提供的這種透射式激光光束整形系統具有結構簡單、調整方便的特點，得到的光束基模功率高，可適用于激光切割、焊接、打孔等多種激光加工過程。

技術領域

本發明屬于激光光束整形技術領域，更具體地，涉及一種透射式激光光束整形系統。

背景技術

激光的優點在于良好的方向性、單色性和相干性。在很多激光應用場合，例如激光切割、焊接、打孔以及激光醫療等微精密加工中，都希望激光器能工作在發散角最小、光束質量最好的基模狀態。對于很多大增益介質的激光器而言，如果不采取選模措施，激光器往往工作在高階橫模狀態，截面上的光束能量分布不均勻，直接輸出達不到預期效果，需要對激光輸出光束的橫模進行選擇，抑制高階模，使輸出激光的基模占比增加，得到截面能量分布更加均勻的激光光束。

傳統選模方法，如小孔光闌選模，諧振腔參數選模、非穩腔選模、微傾腔鏡選模等可以使激光輸出的光束質量提高；小孔光闌選模可以在激光器外進行模式選擇，但使用小孔光闌在很大程度上限制了模體積，增加了模損耗；而其他的方法均需要對激光器本身進行更改。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種透射式激光光束整形系統，其目的在于在通過外部激光光束整形系統將激光器輸出的高階模轉換為基模，在盡可能保證激光光束能量的前提下，獲得更多的基模輸出激光。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種透射式激光光束整形系統，包括透射式相位調制鏡、空間濾波鏡和透射式準直鏡；

其中，透射式相位調制鏡的激光入射面為高度不同的凹凸間隔同心圓環面，相鄰的凸面與凹面分別對應入射激光束相鄰的峰；透射式相位調制鏡的出射激光聚焦形成聚焦光斑，聚焦光斑包括主峰和旁瓣；

空間濾波鏡設于透射式相位調制鏡出射激光聚焦光斑處，空間濾波鏡中心部位有可透光的光孔；主峰從光孔穿過，旁瓣則被空間濾波鏡反射吸收；

透射式準直鏡為凸透鏡，其前焦面位于空間濾波鏡中心處；透射式準直鏡用于對空間濾波鏡的出射激光進行準直。

優選地，上述透射式激光光束整形系統，其透射式相位調制鏡的激光入射面的凸面與凹面的高度差Δ滿足：

其中，n為透射式相位調制鏡材料對入射激光的折射率，λ是入射激光的波長，k為正整數。

優選地，上述透射式激光光束整形系統，其透射式相位調制鏡的出射面為凸面，將出射激光聚焦形成聚焦光斑。

優選地，上述透射式激光光束整形系統，其透射式相位調制鏡的出射面為平面；且該透射式激光光束整形系統還包括單透鏡，該單透鏡設于透射式相位調制鏡的出射面與空間濾波鏡之間，空間濾波鏡設于單透鏡的焦點處。

優選地，上述透射式激光光束整形系統，其空間濾波鏡的中心光孔大小可調；通過調整該光孔的大小來調整輸出激光的能量大小。

優選地，上述透射式激光光束整形系統，其空間濾波鏡的光孔周圍設有一個不透明的圓錐面，圓錐面鍍有增反膜；

透射式相位調制鏡的出射光中的主峰從光孔穿過，旁瓣則被不透明圓錐面反射，被反射的光線照射到另一角度的不透明圓錐面上被吸收。

優選地，上述透射式激光光束整形系統，其空間濾波鏡內部設有環形水冷通道，通過水冷降低吸收光線的不透明圓錐面的溫度。