用于改变激光输送系统中的光束参数乘积的光学元件布置技术方案

在各种实施方式中，激光输送系统的特征在于用于接收辐射光束并改变其空间功率分布的一个或多个光学元件、用于改变在辐射光束的路径内的至少一个光学元件的位置的透镜操纵系统和用于控制透镜操纵系统以实现在工件上的作为目标的改变的空间功率分布的控制器。

Optical element layout for changing the product of beam parameters in a laser transmission system

In various embodiments, the characteristics of laser delivery system is used for receiving the radiation beam and changing the spatial power distribution of one or more optical element, lens for change at least one optical element in the path of the radiation beam position within the operating system and control system for controlling the lens to achieve on the workpiece. As the goal of spatial power change distribution controller.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改变激光输送系统中的光束参数乘积的光学元件布置相关申请本申请要求2015年6月23日提交的美国临时专利申请No.62/183,210的权益和优先权，其全部公开在此通过引用被并入本文。
在各种实施方式中，本专利技术涉及激光系统，特别是具有可控光束参数乘积的激光系统。
技术介绍
高功率激光系统用于许多不同的应用，例如焊接、切割、钻孔和材料处理。这样的激光系统一般包括激光发射器和光学系统，来自激光发射器的激光耦合到光学纤维(或简单地“光纤”)内，光学系统将来自光纤的激光聚焦到待处理的工件上。光学系统一般被设计成产生最高质量的激光束或等效地，具有最低光束参数乘积(BPP)的光束。BPP是激光束的发散角(半角)和光束在其最窄点处的半径(即光束腰、最小光斑尺寸)的乘积。BPP量化激光束的质量以及它聚焦到小光斑的程度，且一般以毫米-毫弧度(mm-mrad)为单位表示。(本文公开的BPP值是以mm-mrad为单位，除非另有说明。)高斯光束具有由激光束的波长除以pi给出的最低可能的BPP。实际光束的BPP与在同一波长下的理想高斯光束的BPP的比被表示为M2，其为光束质量的波长无关量度。在很多激光处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于接收并改变来自光束源的辐射光束的空间功率分布并将具有改变的空间功率分布的辐射聚焦到工件上的激光输送系统，所述系统包括：准直透镜，其用于准直所述辐射光束；聚焦透镜，其用于接收准直光束并将光束朝着所述工件聚焦；光学元件，其布置在所述光束源和所述准直透镜之间，用于接收所述辐射光束并改变其空间功率分布；透镜操纵系统，其用于改变在所述辐射光束的路径内的所述光学元件的位置；以及控制器，其用于控制所述透镜操纵系统以实现在所述工件上的作为目标的改变的空间功率分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.23 US 62/1832101.一种用于接收并改变来自光束源的辐射光束的空间功率分布并将具有改变的空间功率分布的辐射聚焦到工件上的激光输送系统，所述系统包括：准直透镜，其用于准直所述辐射光束；聚焦透镜，其用于接收准直光束并将光束朝着所述工件聚焦；光学元件，其布置在所述光束源和所述准直透镜之间，用于接收所述辐射光束并改变其空间功率分布；透镜操纵系统，其用于改变在所述辐射光束的路径内的所述光学元件的位置；以及控制器，其用于控制所述透镜操纵系统以实现在所述工件上的作为目标的改变的空间功率分布。2.如权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括透镜，所述透镜具有(i)具有截顶圆锥的形状的第一表面，以及(ii)与所述第一表面相对的为大致平面的第二表面。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一表面面向所述光束源。4.如权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括透镜，所述透镜具有(i)具有截顶球形的形状的第一表面，以及(ii)与所述第一表面相对的为大致平面的第二表面。5.如权利要求4所述的系统，其中所述第一表面面向所述光束源。6.如权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括弯月形透镜。7.如权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括熔融石英或硫化锌中的至少一个。8.如权利要求1所述的系统，其中所述透镜操纵系统被配置成将所述光学元件横向偏心地定位在所述辐射光束的路径内。9.如权利要求1所述的系统，还包括布置在所述聚焦透镜和所述工件之间的第二光学元件，其中所述透镜操纵系统被配置成改变在所述辐射光束的路径内的所述第二光学元件的位置。10.如权利要求7所述的系统，其中所述第二光学元件包括透镜，所述透镜具有(i)具有截顶圆锥的形状的第一表面，以及(ii)与所述第一表面相对的为大致平面的第二表面。11.如权利要求7所述的系统，其中所述第二光学元件包括透镜，所述透镜具有(i)具有截顶球形的形状的第一表面，以及(ii)与所述第一表面相对的为大致平面的第二表面。12.如权利要求7所述的系统，其中所述第二光学元件包括弯月形透镜。13.如权利要求1所述的系统，其中所述光束源包括：光束发射器，其发射多个分立光束；聚焦光学器件，其用于将多个光束聚焦到色散元件上；色散元件，其用于接收并色散所接收的聚焦光束；以及部分反射输出耦合器，其被定位成接收色散光束、通过其传输所述色散光束的一部分作为辐射光束，并朝着所述色散元件反射回所述色散光束的第二部分，其中所述辐射光束由多个波长组成。14.如权利要求13所述的系统，其中所述色散元件包括衍射光栅。15.一种用于接收并改变来自光束源的辐射光束的空间功率分布并将具有改变的空间功率分布的辐射聚焦到工件上的激光输送系统，所述系统包括：准直透镜，其用于准直所述辐射光束；聚焦透镜，其用于接收准直光束并将光束朝着所述工件聚焦；第一光学元件和第二光学元件，其布置在所述光束源和所述准直透镜之间，用于接收所述辐射光束并改变其空间功率分布；透镜操纵系统，其用于改变如下中的至少一个：(i)在所述辐射光束的路径内的所述第一光学元件的位置，(ii)在所述辐射光束的路径内的所述第二光学元件的位置，或(iii)所述第一光学元件和第二光学元件之间的距离；以及控制器，其用于控制所述透镜操纵系统以实现在所述工件上的作为目标的改变的空间功率分布。16.如权利要求15所述的系统，其中(i)所述第一光学元件包括双凹锥透镜，以及(ii)所述第二光学元件包括双凸锥透镜。17.如权利要求15所述的系统，其中所述透镜操纵系统被配置成在大约0mm到大约20mm的范围内改变所述第一光学元件和第二光学元件之间的距离。18.如权利要求15所述的系统，其中：所述第一光学元件包括透镜，所述透镜具有(i)为大致平面的第一表面，以及(ii)与所述第一表面相对的、具有(a)凸起地弯曲的第一部分和(b)为大致平面的第二部分的第二表面；以及所述第二光学元件包括透镜，所述透镜具有(i)为大致平面的第一表面，以及(ii)与所述第一表面相对的、具有(a)凹陷地弯曲的第一部分和(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，周望龙，P·塔耶巴提，F·维拉里尔绍塞多，
申请(专利权)人：特拉迪欧德公司，陈斌，
类型：发明
国别省市：美国,US