一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统，所述外光路传输系统包括光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的、径向截面为椭圆的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。即，光斑为椭圆的激光束通过棱镜后，其长轴被压缩，变为圆形的光斑，提高了激光束的一致性，使CO2激光器切割材料时，切割的效果一致。

【技术实现步骤摘要】
一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统
本专利技术涉及激光加工领域，特别涉及一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统。
技术介绍
激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业（例如汽车、电子行业等）已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。激光切割是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。随着激光切割在各个领域的广泛使用，各种材料的切割使用到了激光切割方式。随着工业的发展，尤其是电子产品的小型化，对于加工材料的切割日渐成为激光切割的主要发展方向。激光切割需达到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式。CO2激光器以CO2作为激活介质，快速轴流CO2激光器的谐振腔由四个光学镜片组成：输出窗口，全反射镜和两个折返镜组成。它们分别固定在两个互相平行的刚性端板上。一方面，四片光学镜片具有一定的倾斜角度从而构成折叠腔，一方面，构成CO2激光器谐振腔的光学镜片无法调节至理想的平行状态；另一方面，产生激光的过程，对气体分子的温度是非常敏感的。当输入功率增加时，气体温度将升高。气体温度升高、流动速度增大等导致气体密度不均匀，从而影响CO2激光器输出激光的稳定性。上述两个方面都将影响CO2激光器输出激光束的径向横截面的圆度，即横截面不再是中心对称的圆形，而是椭圆形。一般CO2激光器内气体流动的方向温度较低，光斑直径较小。而垂直于气体流动方向光斑直径较大。一般情况下，垂直于激光器底座方向，光斑直径较大、为椭圆的长轴。激光束垂直入射时，材料对激光的吸收和激光束的偏振状态无关，而当激光束倾斜入射时，偏振状态对吸收的影响变得非常重要，对于激光切割，由于激光的吸收面变为了切割缝的前沿，所以激光束不再是垂直入射到吸收面，此时材料的吸收效率与激光的偏振状态有关，因此当采用线偏振激光加工时，加工方向的改变将引起吸收效率变化，所以线偏振光切割时，光束在不同切割方向上产生的切缝宽度不同，挂渣程度也不同，而采用圆偏振光切割时，切割缝宽一致性良好，且无明显的挂渣现象。但是，现有的CO2激光器很难将线偏振的激光束变为圆偏振的激光束，切割时，挂渣现象明显。因此，现有的技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统，可将CO2激光器出射的、径向截面为椭圆的激光束整形成径向截面为圆形的激光束，提高了激光束的一致性。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种CO2激光器的外光路传输系统，包括用于将CO2激光器发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述棱镜的顶角a满足公式：其中，D1为所述椭圆长轴的长度，D2为所述椭圆短轴的长度，n为棱镜的折射率，为空气的折射率。所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述光束整形装置还包括用于使光束整形装置的出射光与CO2激光器的出射光平行的激光反射镜。所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述激光反射镜可转动的设置在所述棱镜和CO2激光器之间的光路上。所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述光束整形装置可转动的设置在CO2激光器出射激光的一端。所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述外光路传输系统还包括四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述光束整形装置的出射光的光路上，所述四分之一波片的光轴面与光束整形装置的出射光的线偏振方向呈45°。所述的CO2激光器的外光路传输系统中，所述外光路传输系统还包括混合光装置，所述混合光装置用于将可见光混入到激光束中，所述混合光装置设置在光束整形装置与四分之一波片之间的光路上。一种CO2激光器的外光路传输方法，所述外光路传输方法包括步骤：A、CO2激光器射出径向截面为椭圆的激光束；B、CO2激光器射出的激光束垂直棱镜的第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。所述的CO2激光器的外光路传输方法中，所述步骤B之后，还包括步骤：C、所述棱镜的第二侧面出射的激光束经过四分之一波片后，由线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光。一种CO2激光器，包括如上所述的CO2激光器的外光路传输系统。相较于现有技术，本专利技术提供的一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统，所述外光路传输系统包括光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的、径向截面为椭圆的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。即，光斑为椭圆的激光束通过棱镜后，其长轴被压缩，变为圆形的光斑，提高了激光束的一致性，使CO2激光器切割材料时，切割的效果一致。附图说明图1为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统中，激光束通过棱镜的光路示意图。图2为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统中，激光束通过光束整形装置的光路示意图。图3为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统中，激光束整形前后长轴长度的比值与光楔顶角的对应关系的示意图。图4为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统的俯视图。图5为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统的立体图。图6为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统中，光束整形装置的结构图。图7为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输系统的光路示意图。图8为本专利技术提供的CO2激光器的外光路传输方法的方法流程图。具体实施方式本专利技术提供一种CO2激光器及其外光路传输方法、系统。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1和图2，本专利技术提供一种CO2激光器的外光路传输系统，包括用于将CO2激光器10发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置20，所述光束整形装置20包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜210；所述棱镜210的第一侧面211与CO2激光器10的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束（图中实线箭头所示）垂直第一侧面211进入棱镜210，并在棱镜210的第二侧面212发生折射后射出；所述棱镜210的主截面与所述椭圆的长轴D1平行，所述棱镜的顶角a小于棱镜的第二侧面212发生全反射的临界角。由于所述棱镜210的主截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，包括用于将CO2激光器发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角。

【技术特征摘要】
1.一种CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，包括用于将CO2激光器发出的径向截面为椭圆的激光束、整形成径向截面为圆形激光束的光束整形装置，所述光束整形装置包括设置在CO2激光器出射光的光路上的棱镜；所述棱镜的第一侧面与CO2激光器的出射光垂直，CO2激光器射出的激光束垂直第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折射后射出；所述棱镜的主截面与所述椭圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧面发生全反射的临界角；所述外光路传输系统还包括四分之一波片，所述四分之一波片可转动的设置在所述光束整形装置的出射光的光路上，所述四分之一波片的光轴面与光束整形装置的出射光的线偏振方向呈45°，所述四分之一波片将光束整形装置出射的线偏振激光束转化为圆偏振激光束。2.根据权利要求1所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述棱镜的顶角a满足公式：其中，D1为所述椭圆长轴的长度，D2为所述椭圆短轴的长度，n为棱镜的折射率，为空气的折射率。3.根据权利要求1所述的CO2激光器的外光路传输系统，其特征在于，所述光束整形装置还包括用于使光束整形装置的出射光与CO2激光器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，徐地华，赵建涛，
申请(专利权)人：广东正业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44