[發明專利]一種反射式激光光束整形裝置

有效

• 申請號: 201710350039.X
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN106940481B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 秦應雄;潘新宇;丁靚;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: 廖盈春;李智

本發明公開了一種反射式激光光束整形裝置，包括相位調制鏡、光闌，光闌位于相位調制鏡輸出第一激光的焦點處，相位調制鏡用于對入射激光進行相位調制處理后再進行聚焦處理輸出第一激光，第一激光的中心主峰的相位與第一激光的次級小峰的相位相同；光闌對第一激光的模式進行篩選，使其中心主峰能夠通過，而次級小峰被濾過。該裝置還包括準直鏡，準直鏡用于對通過光闌的主峰光束的發散角進行壓縮，得到發散角小、模式單一的激光光束。本發明提供的反射式激光光束整形裝置，具有結構簡單、調節方便的特點，且經過整形后激光具有高功率和高質量，可應用于激光切割、焊接、熔覆、打孔等多種激光加工工藝。

技術領域

本發明屬于激光光束整形技術領域，更具體地，涉及一種反射式激光光束整形裝置。

背景技術

激光的優點在于良好的方向性、單色性和相干性。在激光應用的許多場合，例如激光打孔、焊接、切割以及激光醫療等微精密加工中，都希望激光輸出模式為基模的同時獲得高功率的輸出光。傳統選模技術(如使用孔徑光闌)可以使激光器輸出的光束質量提高，但使用孔徑光闌在很大程度上限制了模體積，增加了功率損耗，這就限制了輸出光的功率。

高功率激光器件設計的關鍵是在如何保證高光束質量的同時，獲得盡可能高的輸出功率。對于大增益區激光器，如高功率橫流CO₂激光器，當使用單折的球面鏡穩定腔時，其優勢是可以獲得高功率的激光輸出，不足的是輸出的激光模式是高階模，光束質量M²因子較大，一般只能用于激光淬火、激光熔覆等表面處理的加工工藝中。當激光器使用小孔光闌選模或使用折疊腔時，可以獲得低階模或準基模的輸出，但這樣卻在很大程度上減少了模體積，從而使得激光輸出功率大大降低。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種反射式激光光束整形裝置，旨在解決現有激光光束整形裝置直接用小孔光闌進行整形導致激光輸出功率低且激光質量不高的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種反射式激光光束整形裝置，包括：

相位調制鏡，用于對入射激光進行相位調制處理后再進行聚焦處理輸出第一激光，第一激光的中心主峰的相位與第一激光的次級小峰的相位相同；

光闌，其位于相位調制鏡的焦點處，其孔徑與第一激光的中心主峰的寬度相同，用于對第一激光進行過濾處理，輸出過濾后激光，過濾后激光中僅存在中心主峰。

本發明提供的反射式激光光束整形裝置，由相位調制鏡對入射激光進行相位調制處理和聚焦處理，經過相位調制處理后激光的中心主峰相位與次級小峰相位相同，使得激光功率分布均勻，經過相位調制處理后激光再次進行聚焦處理，使得第一激光的中心主峰幅值增大。經過第一激光進入光闌，光闌孔徑與第一激光的中心主峰寬度相同，保留第一激光的中心主峰，因此，由光闌輸出激光功率和光束質量均有提高。

優選地，相位調制鏡設有相間排列的多個凹反射面和多個凸反射面；凹反射面用于接收并反射入射激光的任意峰，凸反射面用于接收并反射光中任意峰；當凹反射面與凸反射面相鄰時，由該凹反射面反射的入射激光的峰與由該凸反射面反射的入射激光的峰相鄰；兩個相鄰的凸反射面與凹反射面的高度差使入射激光中兩個相鄰峰的光程差為入射激光波長的整數倍。

當入射激光射入相位調制鏡后，入射激光的一個峰射入相位調制鏡的凹反射面，該峰的相鄰峰射入與該凹反射面相鄰的凸反射面，由于凸反射面高于凹反射面，且兩個相鄰的凸反射面與凹反射面的高度差使入射激光中兩個相鄰峰的光程差為入射激光波長的整數倍，進而實現由相位調制鏡反射的第一激光的中心主峰的相位與第一激光的次級小峰的相位相等。

優選地，相位調制鏡中，入射激光與任意一個凹反射面的法線之間的夾角和入射激光與任意一個凸反射面的法線之間的夾角相等，且凹反射面與凸反射面的高度差滿足公式

其中，Δ為兩個相鄰的凹反射面與凸反射面之間的高度差，λ為入射激光的波長，k為正整數，θ為入射激光與凹反射面的法線之間的夾角。