[實(shí)用新型]一種反射式激光光束整形裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720550411.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206863354U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦應(yīng)雄;潘新宇;丁靚;許介銘;彭浩;唐霞輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 廖盈春,李智

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于激光光束整形技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種反射式激光光束整形裝置。

背景技術(shù)

激光的優(yōu)點(diǎn)在于良好的方向性、單色性和相干性。在激光應(yīng)用的許多場(chǎng)合，例如激光打孔、焊接、切割以及激光醫(yī)療等微精密加工中，都希望激光輸出模式為基模的同時(shí)獲得高功率的輸出光。傳統(tǒng)選模技術(shù)(如使用孔徑光闌)可以使激光器輸出的光束質(zhì)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(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在如何保證高光束質(zhì)量的同時(shí)，獲得盡可能高的輸出功率。對(duì)于大增益區(qū)激光器，如高功率橫流CO₂激光器，當(dāng)使用單折的球面鏡穩(wěn)定腔時(shí)，其優(yōu)勢(shì)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(zhì)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(dāng)激光器使用小孔光闌選模或使用折疊腔時(shí)，可以獲得低階模或準(zhǔn)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。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種反射式激光光束整形裝置，旨在解決現(xiàn)有激光光束整形裝置直接用小孔光闌進(jìn)行整形導(dǎo)致激光輸出功率低且激光質(zhì)量不高的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種反射式激光光束整形裝置，包括：

相位調(diào)制鏡，對(duì)入射激光進(jìn)行相位調(diào)制處理后再進(jìn)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(jí)小峰的相位相同；

光闌，其位于相位調(diào)制鏡的焦點(diǎn)處，其孔徑與第一激光的中心主峰的寬度相同，對(duì)第一激光進(jìn)行過(guò)濾處理，輸出過(guò)濾后激光，過(guò)濾后激光中僅存在中心主峰。

本實(shí)用新型提供的反射式激光光束整形裝置，由相位調(diào)制鏡對(duì)入射激光進(jìn)行相位調(diào)制處理和聚焦處理，經(jīng)過(guò)相位調(diào)制處理后激光的中心主峰相位與次級(jí)小峰相位相同，使得激光功率分布均勻，經(jīng)過(guò)相位調(diào)制處理后激光再次進(jìn)行聚焦處理，使得第一激光的中心主峰幅值增大。經(jīng)過(guò)第一激光進(jìn)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(zhì)量均有提高。

優(yōu)選地，相位調(diào)制鏡設(shè)有相間排列的多個(gè)凹反射面和多個(gè)凸反射面；凹反射面接收并反射入射激光的任意峰，凸反射面接收并反射光中任意峰；當(dāng)凹反射面與凸反射面相鄰時(shí)，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(gè)相鄰的凸反射面與凹反射面的高度差使入射激光中兩個(gè)相鄰峰的光程差為入射激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍。

當(dāng)入射激光射入相位調(diào)制鏡后，入射激光的一個(gè)峰射入相位調(diào)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(gè)相鄰的凸反射面與凹反射面的高度差使入射激光中兩個(gè)相鄰峰的光程差為入射激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由相位調(diào)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(jí)小峰的相位相等。

優(yōu)選地，相位調(diào)制鏡中，入射激光與任意一個(gè)凹反射面的法線之間的夾角和入射激光與任意一個(gè)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(gè)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(zhǎng)，k為正整數(shù)，θ為入射激光與凹反射面的法線之間的夾角。

優(yōu)選地，反射式激光光束整形裝置還包括準(zhǔn)直鏡，光闌位于準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)處，準(zhǔn)直鏡對(duì)過(guò)濾后激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理，輸出準(zhǔn)直后激光，減少發(fā)散角。

優(yōu)選地，準(zhǔn)直鏡為反射式準(zhǔn)直鏡。

優(yōu)選地，相位調(diào)制鏡和準(zhǔn)直鏡的反射面上均鍍有增反膜。

優(yōu)選地，相位調(diào)制鏡和準(zhǔn)直鏡為拋物面鏡，使相位調(diào)制鏡輸出第一激光和準(zhǔn)直鏡輸出的激光不存在球差。

優(yōu)選地，相位調(diào)制鏡和準(zhǔn)直鏡的內(nèi)部都設(shè)有環(huán)形水冷通道，通過(guò)環(huán)形水冷通道降低相位調(diào)制鏡和準(zhǔn)直鏡的溫度。

總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下的增益效果：

1、本實(shí)用新型提供的反射式激光光束整形裝置，通過(guò)對(duì)入射激光進(jìn)行相位調(diào)制處理，使第一激光的中心主峰相位與次級(jí)小峰相位相同，激光功率分布均勻，并對(duì)調(diào)制后激光進(jìn)行聚焦處理，提高第一激光中心主峰功率，再將第一激光通過(guò)尺寸與第一激光的中心主峰寬度相同的光闌，保留集中了激光能量的90％的中心主峰，減少了光束整形過(guò)程中能量的損耗，盡可能的保留了輸出激光的能量，且輸出的激光近似為基模高斯光束，可獲得高能量和高質(zhì)量的輸出光。