[發明專利]一種多錐非對稱光束整形器件

在審

• 申請號: 201811534266.9
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111323924A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李驍軍;李文濤;嚴超;張蘊川
• 申請（專利權）人: 上海飛博激光科技有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 徐迅;祝蓮君

本發明提供了一種多錐非對稱光束整形器件，屬于激光整形領域。該器件包含N個整形單元串聯而成(N≥1)，整形單元包含帶有單錐結構的光輸入結構和光輸出結構，通過兩個單錐端連接而成，光輸出結構單錐錐長小于光輸入結構單錐錐長，光輸出結構數值孔徑大于等于光輸入結構數值孔徑。本發明通過控制單錐結構的拉錐長度和拉錐直徑等，控制拉錐比和拉錐角參數，進而形成不同的波導結構，以完成光束整形效果，具有體積小、穩定性強、損耗低、可承受閾值功率高、可調節光斑范圍大、使用便捷等優勢，尤其適用于激光加工切割領域。

技術領域

本發明屬于激光光束整形領域，具體涉及一種多錐非對稱光束整形器件。

背景技術

自激光誕生以來，憑借著其亮度高、方向性好、單色性好、準直性高的優點，在工業、通信、醫療、航天航空、光儲存、軍事和科學與研究領域扮演著重要的角色，促進各領域的快速發展。各領域的廣泛應用，同樣對激光技術提出了新的挑戰。

激光一般都是高斯光束，即光束強度在空間上呈現高斯分布，這樣的光束具備有中間強度高，往外沿高斯徑向輪廓逐漸下降。在高功率的激光應用過程中，高斯光束能量集中在中心部分，很容易將光學器件損壞，所以各領域實際應用往往不僅僅需要高斯光束，還需要采用一些方法進行光束整形改變光束能量分布，進行可控制光斑劣化，比如在能量上，具備均勻能量分布的平頂光斑或者環狀分布的環形光斑，在光束形狀上，具有方形，圓形等形狀，這些都是進一步提升激光的應用水平。尤其是在激光器對碳鋼、不銹鋼等金屬材料進行切割焊接過程中，對于光斑能量要求較為均勻，以提升切割焊接斷面質量。

傳統的光束整形方法包括以下：光闌法，多透鏡陣列，二元光學元件，隨機位相板，液晶空間光調制器，雙折射透鏡組、異形棱鏡和圓錐鏡等等。以上整形方法多是利用空間光學進行激光光束整形，空間光學整形系統一般體積較大不利于光纖激光器的集成化，且系統對于環境的要求較高，隨時間的結構穩定性也相對較差，實際使用不夠方便快捷。

在光纖波導領域內，目前光束整形的方式有以下幾種。

擾模法(專利CN 102866501A、CN 100424494C)：通過調整激光束中不同模式光的入射角度，來進行光束整形；

光纖應力擠壓：通過對光纖施加應力改變光纖折射率進一步影響光纖傳輸的波導結構，來進行光束整形；

以上兩種方法利用光纖材料本身進行波導結構的改變，進而改善光束輸出的能量分布進行光束整形，但通過外部方式精確改變的波導結構的控制難度很高，這種控制方式穩定性較低實用性較差。

改變光纖結構：在普通兩層階躍光纖的基礎上，在纖芯或包層中心引入一個凹陷部分，并使該部分折射率不同于其他部分折射率，且通過理論計算得出對于凹陷部分取不同的折射率，得到不同的平頂基模模場分布。國內外也都對模場光纖結構進行不同的優化設計。總體而言，此方法需要對光纖制作工藝有較高的要求，不易于制備。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服上述激光光束整形方法的不足，提出一種多錐非對稱光束整形器件，本發明采用非對稱光纖結構控制光路的傳輸方式，以達到穩定的光束整形效果。

本發明解決的技術方案為：一種多錐非對稱光束整形器件，包含N個整形單元(1)，

所述的整形單元(1)(如圖1所示)包含光輸入結構(11)、光輸出結構(12)，所述的光輸入結構(11)兩端分別為正常端口(111)和小口徑端口(112)，所述的光輸出結構(12)兩端分別為正常端口(121)和小口徑端口(122)，所述的光輸入結構小口徑端口(112)與所述的光輸出結構小口徑端口(122)連接，所述的光輸入結構小口徑端口(112)和所述的光輸出結構小口徑端口(122)均為單錐結構，所述的輸出結構小口徑端口(122)的錐長L2小于輸入結構小口徑端口(112)的錐長L1，所述的光輸入結構(11)的數值孔徑NA1和所述的光輸出結構(12)數值孔徑NA2需要互相匹配，保證NA1≤NA2；