一种激光外光路传输系统及加工设备技术方案

本发明专利技术适用于光学技术领域，提供了一种激光外光路传输系统及加工设备，所述激光外光路传输系统包括将高斯激光束调整成平顶激光束的高斯平顶转换装置，对所述平顶激光束进行扩束的扩束装置，将扩束后的平顶激光束分成多束子激光的分光装置以及将各子激光的偏振态转换成圆偏振的偏振转换装置。本发明专利技术先将高斯激光束调整成平顶激光束，然后对所述平顶激光束扩束处理，接着将扩束后的平顶激光束分成多束子激光，最后将各子激光的偏振态转换成圆偏振。圆偏振光在任何光束方向上都是由等量的s偏振和p偏振组成的，因此在所有轴向都存在相同成份的偏振，无论打孔、刻槽、切割方向如何，都将以均一的方式去除材料，极大地提升了激光加工质量。

【技术实现步骤摘要】
一种激光外光路传输系统及加工设备
本专利技术属于光学
，尤其涉及一种激光外光路传输系统及加工设备。
技术介绍
随着激光加工技术的不断发展，激光加工逐步进入许多新的领域，随着新技术的引入以及加工产品范围的扩大，激光应用技术变得越来越多样化。然而现有激光加工质量低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种激光外光路传输系统，旨在解决现有激光加工质量低的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种激光外光路传输系统，包括将高斯激光束调整成平顶激光束的高斯平顶转换装置，对所述平顶激光束进行扩束的扩束装置，将扩束后的平顶激光束分成多束子激光的分光装置以及将各子激光的偏振态转换成圆偏振的偏振转换装置。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种加工设备，所述加工设备采用上述激光外光路传输系统。本专利技术实施例先将高斯激光束调整成平顶激光束，然后对所述平顶激光束扩束处理，接着将扩束后的平顶激光束分成多束子激光，最后将各子激光的偏振态转换成圆偏振。圆偏振光在任何光束方向上都是由等量的s偏振和p偏振组成的，因此在所有轴向都存在相同成份的偏振，无论打孔、刻槽、切割方向如何，都将以均一的方式去除材料，极大地提升了激光加工质量。因而，本激光外光路传输系统可广泛用于各种加工设备，如激光打孔、刻槽等精密激光加工设备上，尤其适合激光加工陶瓷设备上。附图说明图1是本专利技术实施例提供的激光外光路传输系统的光路图（未打开光闸）；图2是本专利技术实施例提供的激光外光路传输系统的光路图（打开光闸）；图3是本专利技术实施例提供的激光外光路传输系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的高斯平顶转换装置的放大图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例先将高斯激光束调整成平顶激光束，然后对所述平顶激光束扩束处理，接着将扩束后的平顶激光束分成多束子激光，最后将各子激光的偏振态转换成圆偏振。圆偏振光在任何光束方向上都是由等量的s偏振和p偏振组成的，因此在所有轴向都存在相同成份的偏振，无论打孔、刻槽、切割方向如何，都将以均一的方式去除材料，极大地提升了激光加工质量。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细描述。如图1～3所示，本专利技术实施例提供的激光外光路传输系统包括将高斯激光束调整成平顶激光束的高斯平顶转换装置3，对所述平顶激光束进行扩束的扩束装置6，将扩束后的平顶激光束分成多束子激光的分光装置以及将各子激光的偏振态转换成圆偏振的偏振转换装置601、602、603、604。在此先将高斯激光束调整成平顶激光束，然后对所述平顶激光束扩束处理，接着将扩束后的平顶激光束分成多束子激光，最后将各子激光的偏振态转换成圆偏振。圆偏振光在任何光束方向上都是由等量的s偏振和p偏振组成的，因此在所有轴向都存在相同成份的偏振，无论打孔、刻槽、切割方向如何，都将以均一的方式去除材料，极大地提升了激光加工质量。对光束空间整形的方法有很多种，利用非球面透镜组、全息滤波器、二元相位、振幅调制光栅、相位型光束整形、衍射光学元件、微透镜阵列整形、双折射透镜组、液晶空间光调制器、长焦深整形元件（圆锥镜光束变换）均可将高斯光束整形为平顶光束。但比较而言，非球面透镜组的方法结构简单、实现相对容易。前述高斯平顶转换装置3包括沿高斯激光束传输方向依序设置的平凹透镜2和平凸透镜4；对于所述平凹透镜2，其激光入射面为平面，出射面为凹非球面；对于所述平凸透镜4，其激光入射面为凸非球面，出射面为平面，如图4所示。在该透镜组结构中，两个非球面镜的截面曲线以及结构设计相关参数，必须通过理论计算求解，得到泰勒级数表达式拟合ZEMAX对非球面输入参数要求的最优非球面镜系统结构，并在光学设计软件中检验高斯光束整形后的结果。而对于透镜组输入输出光束的光强分布做以下简单介绍：可以假设一个波长λ，输入光线与输出光线关于光轴对称，光轴沿z方向，在输入光束的垂直截面上r处的光强分布假设为f(r)，输出R处的光强分布为g(r)。输入高斯光束的光强分布为：输出平顶光束的光强分布为：式中R0是光强降低到其轴上值的一半时的光束半径，即光强半峰全宽，β=R0/W，而W则为光强下降指数，W0为输入高斯光束的束腰半径。高斯激光束通过平凹透镜2的凹非球面时，高斯激光束的能量被重新分布，经过平凸透镜4后，高斯激光束被整形成圆形的平顶激光束，该平顶激光束最后平行射出。当能量分布均匀的平顶激光束被聚焦后射到加工面上，可以实现快速打孔、刻槽，提高打孔效率，节省能源。同时，使激光加工质量获得进一步提升，尤可用于激光打孔、切槽、光信息处理、存储和记录等领域。前述扩束装置6为一伽利略式扩束镜，包括一个输入的凹透镜5和一个输出的凸透镜7，由镀增透膜层的硒化锌制成。所述凹透镜5将一个虚焦距光束传送给凸透镜7，从激光器输出的激光束的光斑尺寸和发散角乘积是光学不变量，近似为一定值。当束腰半径扩大x倍时，其发散角相应压缩为原来的1/x，通过扩束，激光束的直径得到扩展，激光束的发散角相应减小，且扩束后的光束可被聚焦得更小。通常，所述分光装置包括将扩束后的平顶激光束分成两束子激光的分光镜及用以调整各子激光的传输方向的反射镜。特别地，所述分光装置具有3个将平顶激光束一分二、二分四束子激光的分光镜501、502、503，各子激光的能量相当。所述分光镜入射面镀有对偏振高度敏感的膜层，当所述平顶激光束以45°角入射时，s偏振和p偏振的透射率/反射率会有明显区别，从而将一束激光分成两束。此处先后通过两次分光，将一束平顶激光分成四束子激光，由此形成四个激光加工头，可进行多头多工位同时加工，激光加工效率得到空前提升。其中，所述反射镜优选以硅为基材，表面镀介质膜，其吸收率较低。在激光腔内被用作尾镜和折叠式反射镜，而在腔外则充当了弯光器的角色。反射镜实现了外光路在空间传输方向的任意改变，本系统中多处用到反射镜，使得光束在有限的空间内实现了最大程度的整形利用。本专利技术实施例中所述偏振转换装置包括将子激光的偏振态转换成圆偏振的反射式相位延迟圆偏振镜26和用以调整圆偏振子激光的传输方向的零相位延迟反射镜27。所述反射式相位延迟圆偏振镜26优选为四分之一波片（90°）反射式相位延迟圆偏振镜，所谓四分之一波片（1/4波片）是指具有一定厚度的双折射单晶薄片。当激光法向入射透过1/4波片时，寻常光（o光）和非常光（e光）之间的位相差等于π/2或其奇数倍。当线偏振光垂直入射1/4波片，并且光的偏振和单晶的光轴面成θ角，出射后成椭圆偏振光，特别当θ=45°时，出射光为圆偏振光。所述反射式相位延迟圆偏振镜26由双折射平板晶片的一面镀高反射膜，另一面镀增透膜形成。当偏振光的偏振方向与入射面夹角为45°角，并以45°角入射90°相位延迟镜，线偏振光转化为圆偏振光，再通过零相位延迟反射镜27，使出射光沿着平行于入射光的方向射出。激光加工对切缝宽度或横截面发生的任何变化都很敏感，切缝的质量取决于相对于切割方向的光偏振方向。根据现有的理论，当开始切割时，聚焦光线才会以正入射的方式照射工件表面。一旦切缝形成，光束会以某个较大的入射角入射切割面，呈s偏振的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光外光路传输系统，其特征在于，所述系统包括将高斯激光束调整成平顶激光束的高斯平顶转换装置，对所述平顶激光束进行扩束的扩束装置，将扩束后的平顶激光束分成多束子激光的分光装置以及将各子激光的偏振态转换成圆偏振的偏振转换装置。

【技术特征摘要】
1.一种激光外光路传输系统，其特征在于，所述系统包括将高斯激光束调整成平顶激光束的高斯平顶转换装置，对所述平顶激光束进行扩束的扩束装置，将扩束后的平顶激光束分成多束子激光的分光装置以及将各子激光的偏振态转换成圆偏振的偏振转换装置，所述高斯平顶转换装置包括沿高斯激光束传输方向依序设置的平凹透镜和平凸透镜；对于所述平凹透镜，其激光入射面为平面，出射面为凹非球面；对于所述平凸透镜，其激光入射面为凸非球面，出射面为平面，设输入光线与输出光线为波长λ，输入光线与输出光线关于光轴对称，光轴沿z方向，在输入光束的垂直截面上r处的光强分布设为f(r)，输出R处的光强分布为g(r)，则输入高斯光束的光强分布为：输出平顶光束的光强分布为：式中R0是光强降低到其轴上值的一半时的光束半...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚志鹏，肖磊，叶超平，宋世宇，杨锦彬，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44