连续激光的时间调制和空间分束装置制造方法及图纸

一种连续激光的时间调制和空间分束装置，包含沿着激光器输出连续激光束前进方向上，依次置有前置聚焦镜，含有ｍ（ｍ≥５）个反射平面的正多面柱体的转镜，与前置聚焦镜在转镜的反射平面上共焦的后置聚焦镜，由ｎ（ｎ≥１）个无间隙排列的聚焦镜构成的分束聚焦镜。分束聚焦镜将经过调制的分束后光束聚焦在样品表面上。上述本发明专利技术的分束装置结构简单可靠地将一束连续的激光束变成了多束脉冲激光束，是激光加工设备上理想的分束装置。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种连续激光的时间调制与空间分束的装置。它用于将激光器发出的连续激光束转换成多束脉冲激光。分束后的脉冲激光峰值功率可以等同于原连续激光功率。已有技术中，(1)脉冲激光的获得一是通过激光电源的调制直接输出脉冲激光(Lasers,The Engineering staff of COHERENT,INC.,ISBN 0-07-011593-1,1980,p34-38)，其缺点是对激光电源的要求很高，由此造成了脉冲激光器整体成本的上升。(2)二是通过机械斩波调制的装置(Lasers,The Engineering staff of COHERENT,INC.,ISBN 0-07-011593-1,1980,p146-149)，其缺点是一部分激光未被利用，造成浪费。(3)空间上将一束激光分成多束激光，通常采用的装置是用部分透射的反射镜进行分光。强度为Io的激光束Gr经过透射率为T1、反射率为R1的分束镜2后分成两束光G1、Gr-1光束Gr-1经过分束镜3后又分成两束光G2、Gr-2，光束Gr-2再经过分束镜4后又分成两束光G3、Gr-3，若分成n束光需要(n-1)块分束镜，如图1所示(Lasers,TheEngineering staff of COHERENT,INC.,ISBN 0-07-011593-1,1980,p49-51)。这种分束装置的优点是简单可靠，易于实现。但分成n束光需(n-1)块分束镜，且需要一定的透射率与反射率的匹配，在分束较多时存在很大的难度。采用此装置分束的另一个缺点是分束后光束功率的降低，如平均分成n束，则每束光的功率仅为分光前激光功率的1/n。本专利技术的目的是为了克服上述已有技术中时间调制与空间分束装置的缺点，提供一种简单可靠的分束装置，它既能将连续激光转换成脉冲激光，又能将一束光分成任意束光，分束后的脉冲激光峰值功率可以等同于原连续激光功率。本专利技术的主体结构主要含有四部分，分别是前置聚焦镜6、转镜7、后置聚焦镜8和分束聚焦镜9，如图2所示。前置聚焦镜6和后置聚焦镜8组成一个共有实焦点的光学系统，该焦点O位于转镜7的反射面上。具体结构是一台连续激光器1，输出激光束Gr，沿激光束Gr前进的方向上，首先经过一前置聚焦镜6，前置聚焦镜6的焦点焦在转镜7的反射平面上。沿转镜7反射光束Gf的前进方向上置有后置聚焦镜8，后置聚焦镜8的焦点也是焦在转镜7的反射平面上，并且与前置聚焦镜的焦点O重合。由转镜7反射的反射光束Gf经后置聚焦镜8后形成扫描的平行光束Gb，沿平行光束Gb前进的方向上置有分束聚焦镜9，分束聚焦镜9的焦点焦在样品10的表面上。样品10的表面应恰好与分束聚焦镜9的焦平面重合。上面所说的前置聚焦镜6和后置聚焦镜8可以是聚焦透镜，或者是聚焦反射镜，或者是组合聚焦镜。前置聚焦镜6和后置聚焦镜8的尺寸及焦距可根据实际需求进行选择。转镜7是一个正多面柱体，每一面均镀上对激光全反射的膜层，独自构成一个反射镜面。转镜7反射平面数m可根据需要的脉冲激光频率、脉冲宽度等确定，m取值范围应取m≥5。分束聚焦镜9由n(n≥1)块无间隙排列的聚焦镜构成。其大小由脉冲宽度决定，块数n由所分光束决定。分束聚焦镜9是n个聚焦透镜，或者是n个聚焦反射镜，或者是n个组合聚焦镜。当激光器1输出一束平行的连续激光束Gr经过前置聚焦镜6后将光束Gj聚焦于转镜7的一个反射平面上的一点O，经反射后形成发散光束Gf，由于O点恰好是后置聚焦镜8的焦点位置，因而发散光束Gf经过倒置的后置聚焦镜8后又还原成平行光束Gb。转镜7的转动导致发散光束Gf在后置聚焦镜8上的移动。假定转镜7共有m个反射面，转速为ω，一个反射面的转动将形成一个夹角为θ=(720/m)度的扫描光束，反射面的更迭将导致重复的扫描，从而使经过后置聚焦镜8后的光束成为一条单向重复扫描的平行宽带扫描激光束，其宽度为d=(2fTan(360/m))；它的扫描周期为(1/(mω))。根据几何光学原理，平行激光束经过聚焦后将会聚于聚焦镜的焦点处，移动的平行激光束聚焦后在焦点处的光斑是重叠的。因而平行扫描激光束Gb经过分束聚焦镜9后，在其焦平面也就是样品10表面上得到多束脉冲激光，其脉冲周期同扫描周期，脉冲宽度即为平行扫描光束移过分束聚焦镜9中某一块聚焦镜的时间。保证进入分束聚焦镜9前的扫描光束不发散，也不会聚，而是平行的。最后得到的每束脉冲激光的峰值功率等同于原连续激光(不考虑镜片损耗)，假定分束聚焦镜9由n块同样的镜片组成，则在其焦平面的样品10表面上一束平行光被分成n束，每束激光的脉冲周期为(1/(mω))，脉冲频率为(mω)，脉冲宽度为(1/(mωn))。本专利技术的优点通过一套结构简单性能可靠的上述分束装置实现了脉冲激光的产生，大大降低了生产成本。同时可产生多束脉冲激光，脉冲激光束的峰值功率能够等同于原连续激光功率，可显著提高后续激光加工的生产效率，是激光加工设备上理想的调制分束装置。 附图说明图1是已有技术3的分束装置示意图。图2是本专利技术分束装置结构光路的示意图。实施例如图2所示的本专利技术分束装置应用于烟纸激光穿孔机上。前置聚焦镜6和后置聚焦镜8采用聚焦透镜，两者焦距相同，均为82mm，转镜7共有m=18个反射平面，最高转速3000rpm，分束聚焦镜采用n=8块聚焦镜无间隙地排列，在最高转速时所获八束脉冲激光的频率为900Hz，脉冲宽度为138微秒。虽然激光穿孔机上只装有一台激光器1，但一次同时可穿出一排八个孔，使得穿孔机的效率显著地提高。权利要求1．一种连续激光的时间调制和空间分束装置，含有输出为连续激光束Gr的激光器(1)、聚焦镜(6)、(8)和分束聚焦镜(9)，其特征在于具体结构是<1>沿激光器(1)输出连续激光束Gr前进的方向上，首先是前置聚焦镜(6)，前置聚焦镜(6)的焦点O焦在转镜(7)的反射平面上；<2>沿转镜(7)反射的反射光束Gf前进的方向上置有后置聚焦镜(8)，后置聚焦镜(8)的焦点也是焦在转镜(7)的反射平面上，并与前置聚焦镜(6)的焦点O重合；<3>沿后置聚焦镜(8)射出的平行光束Gb前进的方向上置有分束聚焦镜(9)；<4>分束聚焦镜(9)的焦点焦在样品(10)的表面上。2．根据权利要求1的分束装置，其特征在于转镜(7)是含有m(m≥5)个反射平面的能够旋转的正多面柱体。3．根据权利要求1的分束装置，其特征在于前置聚焦镜(6)是聚焦透镜，或者是聚焦反射镜，或者是组合聚焦镜。4．根据权利要求1的分束装置，其特征在于后置聚焦镜(8)是聚焦透镜，或者是聚焦反射镜，或者是组合聚焦镜。5．根据权利要求1的分束装置，其特征在于分束聚焦镜(9)是n个聚焦透镜，或者是n个聚焦反射镜，或者是n个组合聚焦镜。6．根据权利要求1或5的分束装置，其特征在于分束聚焦镜(9)是由n≥1个聚焦镜无间隙排列构成的。全文摘要一种连续激光的时间调制和空间分束装置,包含沿着激光器输出连续激光束前进方向上,依次置有前置聚焦镜,含有m(m≥5)个反射平面的正多面柱体的转镜,与前置聚焦镜在转镜的反射平面上共焦的后置聚焦镜,由n(n≥1)个无间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续激光的时间调制和空间分束装置，含有输出为连续激光束Ｇ↓［ｒ］的激光器（１）、聚焦镜（６）、（８）和分束聚焦镜（９），其特征在于具体结构是：〈１〉沿激光器（１）输出连续激光束Ｇ↓［ｒ］前进的方向上，首先是前置聚焦镜（６），前置聚焦 镜（６）的焦点Ｏ焦在转镜（７）的反射平面上；〈２〉沿转镜（７）反射的反射光束Ｇ↓［ｆ］前进的方向上置有后置聚焦镜（８），后置聚焦镜（８）的焦点也是焦在转镜（７）的反射平面上，并与前置聚焦镜（６）的焦点Ｏ重合；〈３〉沿后置聚焦镜（８） 射出的平行光束Ｇ↓［ｂ］前进的方向上置有分束聚焦镜（９）；〈４〉分束聚焦镜（９）的焦点焦在样品（１０）的表面上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱红斌，胡文富，唐国根，何世新，陈兰英，吴怀英，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]