带式成型聚焦反射镜制造技术

一种属于激光光电子及其应用领域的带式成型聚焦反射镜主要由镜座和镜面两部分构成，其特征在于该镜面由多带反射斜面组成，即在球面或非球面（如抛物面、椭圆面、双曲面等）反射聚焦镜的回转方向相垂直的方向采用多段斜面代替曲面，使得经反射镜反射聚焦后，激光束在聚焦面上呈矩形分布，光斑内激光光强均匀，从而改善激光热处理、激光淬火、激光喷涂和喷粉焊接的加工质量，并可提高激光熔敷后熔敷层的均匀性和粉末的利用率。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

带式成型聚焦反射镜是一种将激光束进行成型变换的光学元件，属于激光光电子及其应用领域。它是一种将原始大功率激光束会聚成能量均匀分布的矩形光斑的光学元件，主要应用于激光表面热处理，激光淬火，激光熔敷，激光喷涂，激光喷粉焊接等利用高能激光束进行材料表面处理与连接的加工领域；并可广泛应用于激光束整形，激光测量等将激光束会聚成矩形光斑的场合。通常对大功率激光束进行会聚的一种方法是采用球面或非球面(如抛物面、椭圆面、双曲面等)反射聚焦镜。该技术所存在的问题是反射聚焦镜将激光束会聚成圆形(如图6所示)，且圆形光斑内光束的能量分布是不均匀的，这不利于进行激光材料表面处理和激光喷粉连接加工。另一种方法是采用方形积分聚焦镜，它是在球面镜基体上用环氧树脂粘上等尺寸的方形小镜片。该技术所存在的问题是制造复杂，粘结剂在高功率激光束的照射下易退化变质，小镜片在高功率激光束的照射下将吸收激光热量，粘结剂不易散热，将造成小镜片的变形而引起差的聚焦质量，并且小镜片周边的方孔衍射和各镜片反射光之间的干涉，将造成光斑内存在光强弱相间的干涉带，影响使用效果。本技术的目的是提供将原始激光束聚焦成一定大小的矩形分布光斑，光斑内激光束光强分布均匀，且制作简单，使用方便的一种光学元件。本技术的技术方案是这样实现的图1所示为带式成型聚焦反射镜的结构图，它是由镜座1和镜面构成，其镜面由多带反射斜面2组成。本技术中的多带反射斜面的带数至少为两带，且过反射面回转轴的平面与多带反射斜面相交的曲线是由多条斜线3组成，其多条斜线的数目与带数相同；聚焦的矩形光斑的长边a决定多带反射面的带数，长边越长，多条斜线的数目越小，离焦确定矩形短边b的长度；多条斜线与圆或抛物线或双曲线或椭圆线相内接5或外切b，见示意图4、图5。本技术的设计原理是在球面或非球面(如抛物面、椭圆面、双曲面等)反射聚焦镜的回转方向相垂直的方向采用多带反射斜面代替曲面，这样经反射聚焦后(如图3所示)，在聚焦面上激光束呈矩形分布(如图7所示)。采用本技术技术方案后，将原始激光束聚焦成一定大小的带形分布光斑，光斑内激光光强均匀分布，这将促进激光热处理，淬火时处理厚度的均匀性，处理后边界的清晰，以避免被处理表面存在显著的过渡区，减小重叠部分的回火区。对激光熔敷可提高熔敷层的均匀性，提高粉末的利用率。对激光喷涂和喷粉焊接，可提高粉末的利用率，提高喷涂和焊接的质量。带式成型聚焦反射镜可利用回转型高精车机床一次成型加工，不需要粘结，这样制造工艺简单，无粘结剂，可提高反射镜耐高功率激光束和散热的能力以及聚焦质量。 附图说明图1带式成型聚焦反射镜结构图，其中1是镜座，2是多带反射斜面；图2带式成型聚焦反射镜剖视结构图，其中3是多条斜线；图3带式成型聚焦反射镜的聚焦图，4是反射聚焦激光束；图4多条斜线的内接曲线，5是内接曲线；图5多条斜线的外切曲线，6是外切曲线；图6现有技术中原始激光束能量分布；图7带式成型聚焦反射镜聚焦后聚焦焦斑能量分布，a是矩形光斑的长边，b是矩形光斑的短边。实施例采用本技术技术方案的带式成型聚焦反射镜结构后，选择大功率CO2激光束为实施对象(如图3所示)，激光束平行入射到带式成型聚焦反射镜上，经带式成型聚焦反射镜聚焦后，将能量分布为圆形的原始激光束(图6所示)变换为在焦点附近，呈矩形分布，矩形内能量分布均匀的聚焦光斑(图7所示)。经使用结果证实，本技术满足了前述的目的，达到了前述的使用效果。权利要求1.一种带式成型聚焦反射镜，主要由镜座和镜面构成，其特征在于该元件所述镜面是由多带反射斜面(2)组成。2.根据权利要求1所述的带式成型聚焦反射镜，其特征在于所述多带反射斜面(2)的带数至少为两带。3.根据权利要求1或2所述的带式成型聚焦反射镜，其特征在于过反射面回转轴的平面与多带反射斜面(2)相交的曲线是由多条斜线(3)组成，多条斜线的数目与带数相同。4.根据权利要求3所述的带式成型聚焦反射镜，其特征在于多条斜线(3)与圆或抛物线或双曲线或椭圆线相内接(5)或外切(6)。5.根据权利要求1所述的带式成型聚焦反射镜，其特征在于聚焦的矩形光斑的长边(a)决定多带反射面的带数，离焦确定矩形短边(b)。专利摘要一种属于激光光电子及其应用领域的带式成型聚焦反射镜主要由镜座和镜面两部分构成,其特征在于该镜面由多带反射斜面组成,即在球面或非球面(如抛物面、椭圆面、双曲面等)反射聚焦镜的回转方向相垂直的方向采用多段斜面代替曲面,使得经反射镜反射聚焦后,激光束在聚焦面上呈矩形分布,光斑内激光光强均匀,从而改善激光热处理、激光淬火、激光喷涂和喷粉焊接的加工质量,并可提高激光熔敷后熔敷层的均匀性和粉末的利用率。文档编号G02B5/12GK2384233SQ9921660公开日2000年6月21日 申请日期1999年7月12日 优先权日1999年7月12日专利技术者左铁钏, 王智勇 申请人:北京工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带式成型聚焦反射镜，主要由镜座和镜面构成，其特征在于：该元件所述镜面是由多带反射斜面（２）组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左铁钏，王智勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]