焦斑宽度可调的激光束处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是一种焦斑宽度可调的激光束处理装置，主要用于激光热处理或激光涂敷等激光加工。尤其适用于高功率气体激光束的激光加工。主要由可以升降的导光筒，一端连接内部含有焦斑长度沿Ｘ方向的长焦距的柱面聚焦反射镜，另一端连接有密封壳体内水冷镜座上置一焦斑长度沿Ｙ方向的聚焦柱面反射镜的导光头所构成。该新型装置具有焦斑长度可调、光强分布均匀，安装调正方便等优点。（*该技术在2003年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种焦斑宽度可调的激光束处理装置。适用于激光热处理、激光涂敷等激光加工，尤其适用于高功率气体激光束的激光加工。已有技术中，中国科学院上海光学精密机械研究所研制的一种组合式宽带激光束处理装置是由一块平面反射镜1、三块长条平面反射镜3、4、5组成的积分镜和一块柱面聚焦反射镜6构成光学系统，其积分镜和柱面聚焦反射镜6置于导光头2之内。它的原理是将多模矩形激光束(截面)分割后重新迭加得到一均匀强度分布的长线条(宽带)聚焦激光光斑，见图1。这种装置在实际应用中，主要存在以下缺点1.很难和激光器的输出光束匹配，因而限制了它的广泛应用。从图1和图2可见，只有当激光束正好充满装置的三块反射镜组成的积分镜时，得到的线聚焦光斑能量分布是均匀的，见图2(a)；若激光束偏离或激光束截面小于积分镜的尺寸，则造成聚焦光斑的能量分布不均匀，见图2(b)、(c)。实际上激光束的截面尺寸在任一位置是很难完全符合该装置要求的。因为激光器输出光束的光斑尺寸是受到激光器的腔结构、工作气压、输出功率的影响，特别是输出功率不同，其光斑尺寸也不同，这样就会影响到激光加工的质量。2.积分镜的尺寸决定了聚焦光斑的宽度，是不可变化的。3.因积分镜是由三块反射镜3、4、5组成的，因此装配要求精度高，调整需要用He－Ne激光扩束装置仔细调整，任何一块镜子变动都会引起光束分布不均匀。本技术的目的是设计一种激光束处理装置，能够克服已有技术中所述的激光束处理装置的不足，该装置所获得的焦斑宽度应该可以连续调节，光强分布均匀，光学系统简单，安装调整容易特点。 附图说明图1是已有技术中组合式宽带激光束处理装置的光学系统示意图；图2是图1装置在入射光截面尺寸不同下得到的焦斑能量分布图；图3是本技术的焦斑宽度可调的激光束处理装置结构示意图；图4是本技术含有平面反射镜10的导光头2结构示意图；图5是本技术不含有平面反射镜10的导光头2结构示意图；图6是本技术应用于实施例的部分结构简图。本技术的焦斑宽度可调的激光束处理装置由导光收束头7和一端(上端)与导光收束头7连接，另一端(下端)连接着导光头2的导光筒9三部分构成。如图3所示。所说的导光收束头7内装有一块长焦距柱面聚焦反射镜8，此镜面与入射光束为45°夹角置放，且柱面聚焦反射镜8的焦斑长度方向是平面座标的x方向(由于柱面聚焦反射镜的焦斑是带状的或是线状的，因此通常称其焦斑为焦线)，对于用在高功率激光器上时柱面聚焦反射镜8需加水冷却。所说的导光头2是由一块平面反射镜10和一块聚焦柱面反射镜11以及一个带有防尘罩和有固定两反射镜的水冷镜座13的密封壳体12所构成，在密封壳体12上或导光头的底部开有光束输出窗口15，窗口15外固定有气嘴14，如图4所示。所说的平面反射镜10和聚焦柱面反射镜11被分别固定在密封壳体12内的水冷镜座13上，其平面反射镜10、聚焦柱面反射镜11和导光头2的光束入射口中心，即导光筒9与导光头2的连接处的中心，以及光束输出窗口15中心在同一光轴上，且互不挡光，聚焦柱面反射镜11的焦点应位于导光头2的输出窗口15外。所说的导光头2是与导光筒9相连接，而导光筒9是可以上、下升降，而且导光筒9升降时，其机械轴和光轴不变，所以导光头2也随导光筒9上下升降而光路保持不变。置于导光头2内的柱面反射镜11所聚焦的焦斑长度方向是平面座标中的y方向，因此，它的焦线与柱面聚焦反射镜8的焦线是互相垂直的。上述的导光头2内是一块平面反射镜10和一块聚焦柱面反射镜11组成的光学系统，也可以将平面反射镜10去掉，只有一块聚焦柱面反射镜11直接放在正对着柱面聚焦反射镜8的光路中，且入射光与聚焦柱面反射镜11的镜面成45°夹角，则反射聚焦光束与导光筒9的光轴互相垂直，如图5所示。本技术装置在光束输出窗口15外焦点处得到聚焦光斑线宽度l应满足l＝ (a(F－L))/(F) F＞L其中a是入射激光束在柱面聚焦反射镜8面上的y方向的尺寸，F为柱面聚焦反射镜8的焦距，L是柱面聚焦反射镜8到导光头2光束输出窗口15外焦点处的光程。本技术与已有技术的宽带激光束处理装置比较，具有下列优点1.入射激光束的光斑尺寸变化，不影响焦斑上能量分布的均匀性；2.通过升降导光头2、改变两柱面聚焦反射镜8和11的相对距离，可连续调节聚焦焦斑的宽度；3.用一长焦距柱面聚焦反射镜8取代积分镜，简化了导光头2的结构，安装调整容易；4.导光头稍作变化，将聚焦柱面反射镜11直接置于光路中，作45°反射，如图5所示的导光头2则聚焦光束可处理圆柱面工件。实施例如图3所示的结构，用于高功率多模输出的CO2激光热处理上，如图6所示，长焦距的柱面聚焦反射镜8放置在导光收束头7内的与入射光束成45°转角镜座上，将入射激光束通过导光筒9反射到下方导光头2内的平面反射镜10上，柱面反射镜8的焦距为2M，激光束再通过反射镜10反射到聚焦柱面反射镜11后聚焦在输出窗口15外，聚焦柱面反射镜11的焦距为15cm，当被处理的工件放在聚焦柱面反射镜11的焦点处，移动工作台16便可得到被激光束处理过的工件。本实施例的导光筒9升降范围30cm，当入射到柱面反射镜8上的激光束截面尺寸为24×28mm2(y方向×x方向)，在导光头2输出窗口15外焦点上的焦斑宽度l变化范围从9至13mm。本技术可处理平面工件，也可处理圆柱形内壁或外壁工件，换上如图5所示的导光头2即可。本技术聚焦焦距能量分布不受入射光束尺寸的影响，并且可以连续调节焦斑线宽是其突出优点。权利要求1.一种焦斑宽度可调的激光束处理装置，其特征在于一可以升降的导光筒(9)一端连接着导光收束头(7)，另一端连接有导光头(2)，导光收束头(7)内置有一长焦距的反射面与入射光束成45°角的聚焦焦斑长度方向为x方向的柱面聚焦反射镜(8)，导光头(2)的外壳是带有防尘罩和带有固定反射镜的水冷镜座(13)的密封壳体(12)，密封壳体(12)上有光束输出窗口(15)，输出窗口(15)外有气嘴(14)，在密封壳体(12)内水冷镜座(13)上置有一与柱面聚焦反射镜(8)同光轴的聚焦柱面反射镜(11)，聚焦柱面反射镜(11)的焦点位于输出窗口(15)外，并焦斑长度方向是y方向的。2.依照权利要求1所述的一种焦斑宽度可调的激光束处理装置，其特征在于导光头(2)的密封壳体(12)内水冷镜座(13)上或者有一与柱面聚焦反射镜(8)和聚焦柱面反射镜(11)同光轴的平面反射镜(10)，或者没有平面反射镜(10)。专利摘要本技术是一种焦斑宽度可调的激光束处理装置，主要用于激光热处理或激光涂敷等激光加工。尤其适用于高功率气体激光束的激光加工。主要由可以升降的导光筒，一端连接内部含有焦斑长度沿X方向的长焦距的柱面聚焦反射镜，另一端连接有密封壳体内水冷镜座上置一焦斑长度沿Y方向的聚焦柱面反射镜的导光头所构成。该新型装置具有焦斑长度可调、光强分布均匀，安装调正方便等优点。文档编号C21D1/09GK2181106SQ9322674公开日1994年10月26日 申请日期1993年12月21日 优先权日1993年12月21日专利技术者归振兴, 沈俊泉 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦斑宽度可调的激光束处理装置，其特征在于一可以升降的导光筒（９）一端连接着导光收束头（７），另一端连接有导光头（２），导光收束头（７）内置有一长焦距的反射面与入射光束成４５°角的聚焦焦斑长度方向为ｘ方向的柱面聚焦反射镜（８），导光头（２）的外壳是带有防尘罩和带有固定反射镜的水冷镜座（１３）的密封壳体（１２），密封壳体（１２）上有光束输出窗口（１５），输出窗口（１５）外有气嘴（１４），在密封壳体（１２）内水冷镜座（１３）上置有一与柱面聚焦反射镜（８）同光轴的聚焦柱面反射镜（１１），聚焦柱面反射镜（１１）的焦点位于输出窗口（１５）外，并焦斑长度方向是ｙ方向的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：归振兴，沈俊泉，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]