[發明專利]一種透反式寬度可調消光暈勻化光學系統

在審

• 申請號: 201810291213.2
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108427205A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 邵華江;李思佳;李思泉
• 申請（專利權）人: 上海嘉強自動化技術有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 李海燕

本發明公開了一種透反式寬度可調消光暈勻化光學系統，包括從物側到像側順序布置且中心軸共面的消像差準直鏡組、第一曲型柱面反射鏡陣列、第二曲型柱面反射鏡陣列、第一柱面透鏡及第二柱面透鏡；其中，所述消像差準直鏡組的中心軸垂直于所述第一曲型柱面反射鏡陣列柱面的中心軸；所述第一曲型柱面反射鏡陣列、所述第二曲型柱面反射鏡陣列均為90°光束偏轉角，且反射鏡面法線相互平行；所述第一柱面透鏡的中心軸、所述第二柱面透鏡的中心軸與所述消像差準直鏡組的中心軸平行。本發明提供的光學系統適用于光纖輸出類激光束勻化整形，可大幅降低激光淬火邊緣及多道搭接弱化帶寬度，并最大限度提高激光淬火深度與效率。

技術領域

本發明涉及激光淬火光束勻化整形技術領域，更具體地說，本發明涉及一種透反式寬度可調消光暈勻化光學系統。

背景技術

光纖輸出類激光器涵蓋了光纖激光器以及半導體光纖耦合激光器，因為光纖柔韌性以及對近紅外光束有很好的耦合輸出，使得光纖輸出類激光器市場占有率日益突出。目前光纖輸出類激光器千瓦級已是相當普及，萬瓦級激光器也逐步上映市場，讓光纖激光各類加工工藝越加普遍化。然而，隨著激光功率的增加，光纖芯徑也隨之增大，尤其是半導體激光器，因本身光束質量較差，即便是較低功率下光纖芯徑也相對較大，同時光束發散角也比普通的光纖激光器大了許多，這給激光熔覆、淬火等一些激光加工應用的光學系統提高了難度。

在激光加工應用中，激光熔覆特別是激光淬火，通常會采用平頂光束進行作業。眾所周知，平頂光束的獲得方法有多種，如透鏡陣列整形、波導整形、二元光學元件整形、積分鏡整形等，波導整形因光吸收較大，在高功率激光加工上嚴重受限，透鏡陣列及二元光學元件整形等透射式鏡片，一般采用熔融石英材料，由于石英材料硬而脆，加工難度較金屬材料大了許多，對應的加工成本也就增加了不少。

金屬反射鏡能夠直接水冷且導熱性良好，在保證較小的通光孔徑下，依舊能夠承受極高的激光功率，這是難以替代的優勢，常規的積分鏡作為金屬反射鏡中的一種勻化整形鏡代表，往往因為激光器參數的差異而影響使用效果，甚至于因為激光器參數而無法滿足客戶需求。

因為，激光淬火除了對勻化平頂光束均勻性有要求外，還對平頂光束邊緣光暈有較高的要求，較大光暈的平頂光束將導致激光淬火搭接處回火從而降低材料表面硬度，即弱化帶。而常規的激光束勻化，平頂光束光暈會受到激光器參數的影響，對于光纖芯徑較大的光纖輸出類激光器，勻化的平頂光束往往會帶有較大光暈，也就是均勻分布方向上的兩端會出現較大的非均勻區，這不利于激光淬火。

同時，激光淬火中勻化光斑寬度影響著材料的淬火深度，勻化光斑太寬或太窄，都不利于激光淬火深度與效率的平衡，其中一定的寬度范圍，是非常適合于提升材料淬火深度及效率的。另外，市面上眾多激光淬火加工頭，一般都采用了雙向勻化光斑，其與單向勻化光斑相比較，除了峰值功率密度較低，不利于提高激光淬火效率以外，同時容易導致淬火帶深度不一致，往往是中心深邊緣淺。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供了一種可大幅降低激光淬火邊緣及多道搭接弱化帶寬度，并最大限度提高激光淬火深度與效率的透反式寬度可調消光暈勻化光學系統。

為了實現上述目的，本發明公開了一種透反式寬度可調消光暈勻化光學系統，包括從物側到像側順序布置且中心軸共面的消像差準直鏡組、第一曲型柱面反射鏡陣列、第二曲型柱面反射鏡陣列、第一柱面透鏡及第二柱面透鏡；

其中，所述消像差準直鏡組的中心軸垂直于所述第一曲型柱面反射鏡陣列柱面的中心軸；

所述第一曲型柱面反射鏡陣列、所述第二曲型柱面反射鏡陣列均為90°光束偏轉角，且反射鏡面法線相互平行；

所述第一柱面透鏡的中心軸、所述第二柱面透鏡的中心軸與所述消像差準直鏡組的中心軸平行。