【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学系统设计，尤其涉及一种基于三反光学系统的光束旋转装置及激光加工系统。
技术介绍
1、激光加工是近几十年来高速发展的新型加工技术，具有高精度、高效率、高质量、无机械损耗等优势，已成为传统加工方式的优势互补，甚至在某些领域有取代传统加工技术的趋势，尤其是在微纳加工领域，更是具有无可替代的优势。激光加工中，激光的功率是主要的工艺参数之一，直接决定了加工的效果和质量。除了功率，偏振也是一个很重要的光学参数，通过偏振控制可实现分光、可调衰减等各种光束调控，因此如何通过光学系统控制偏振是很重要的研究方向。
2、一般激光器输出激光以线偏振光居多，对线偏振的方向控制可以通过1/2波片进行很方便的控制。1/2波片是一种具有一定厚度的双折射晶体，其原理为：当法向入射的光透过时，o光和e光之间的位相差等于π或其奇数倍，则自晶体板出来的合成光仍为线偏振光，不过出射光的振动平面相对入射光的振动平面旋转了2θ角。可见，1/2波片制造的关键在于精确控制波片的厚度，使o光和e光间的位相差为π或其奇数倍。显然，对于波长越小的情况，波片的厚度误差对相位差的影响越大，因此也更难以制造。
3、除了对激光本身性质的调控，通过空间光整形改变激光光场分布也对激光加工具有重要影响。由于传统高斯型激光能量中间强四周弱，加工质量一般均匀性较差，而且激光焦点较小，虽然保证了加工精度，但难以适应大幅面高效加工需求。光束整形技术为克服这些问题提供了解决方案。但是经过整形的光束已不再是如入射光束一样的圆对称光束，若加工路径不是直线，则激光束能量分
4、公开号为cn111281651a的专利技术专利公开了一种在整形光路中设置道威棱镜的方案，该方案通过旋转道威棱镜，可实现多光束相对于光轴的旋转，从而改变多光束相对于路径的角度，最终实现非直线路径的加工操作。然而，由于整形光束存在发散角，即从整形元件出射的各光束之间不是互相平行的状态，由于折射效应的存在，则各光束在道威棱镜中经过的光程也不一致，最终导致聚焦面成形的光场分布与设计的光场分布不匹配，无法实现预期的加工效果。
5、综上，在激光加工过程中，出于对分光、可调衰减、偏振旋转跟随、空间光旋转跟随等需求，需要利用光学系统对激光的偏振方向和空间光分布方向进行实时控制，而现有方案和技术都存在无法避免的缺点，因而亟需开发新型光学系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对已有的技术现状，提供一种基于三反光学系统的光束旋转装置及激光加工系统，将基于三反光学系统的光束旋转装置应用至不同的激光加工系统，能够调节激光加工系统的出射光的偏振方向或空间光方向，进而实现不同的应用。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于三反光学系统的光束旋转装置，包括三反光学系统和旋转机构，三反光学系统包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜用于将其入射光全反射至第二反射镜，第二反射镜用于将其入射光全反射至第三反射镜，第三反射镜用于将其入射光全反射为出射光，旋转机构具有唯一旋转轴，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均固定在旋转机构中，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴可重合。
4、一种激光加工系统，包括加工激光束，以及上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜上均镀有与加工激光束的波长相匹配的增反膜，加工激光束射向第一反射镜，作为第一反射镜的入射光，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴重合，加工激光束的偏振控制方法如下：使旋转机构绕其旋转轴旋转，从第三反射镜射出的加工激光束的偏振方向将随之旋转。
5、一种激光加工系统，包括加工激光束，偏转分束镜，以及上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜上均镀有与加工激光束的波长相匹配的增反膜，加工激光束射向第一反射镜，作为第一反射镜的入射光，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴重合，偏转分束镜设置在第三反射镜的出射光路上，加工激光束的偏振控制方法如下：使旋转机构绕其旋转轴旋转，从第三反射镜射出的加工激光束的偏振方向将随之旋转，且从第三反射镜射出的加工激光束经偏转分束镜分束后的两光束的能量比例可调。
6、一种激光加工系统，包括加工激光束，以及沿加工激光束的光路依次布置的整形系统、4f系统和聚焦系统，加工激光束为具有旋转对称光斑的光束，整形系统用于将加工激光束整形为在焦平面具有非旋转对称光斑的光束，4f系统包括第一透镜和第二透镜，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，聚焦系统的焦距为f，其中：第一透镜与整形系统的间距为f1，第一透镜与第二透镜的间距为f1+f2，第二透镜与聚焦系统的间距为f2+f；
7、还包括上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜上均镀有与加工激光束的波长相匹配的增反膜，基于三反光学系统的光束旋转装置设置在加工激光束的光路上，且其位于整形系统与聚焦系统之间，整形系统的出射光作为第一反射镜的入射光，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴重合；
8、加工激光束的偏振控制方法如下：使旋转机构绕其旋转轴旋转，从第三反射镜射出的加工激光束的空间光方向可调，根据加工需求匹配加工路径与空间光方向的夹角，使之保持为定值，实现空间光跟随。
9、进一步的，所述基于三反光学系统的光束旋转装置位于4f系统与聚焦系统之间。
10、进一步的，所述整形系统为空间光调制器或衍射光元件或振镜或微透镜阵列。
11、进一步的，所述整形系统为透射式整形器件或反射式整形器件。
12、进一步的，所述加工激光束为具有旋转对称光斑的高斯激光束。
13、本专利技术的有益效果为：
14、本专利技术的三反光学系统通过在反射镜片上镀膜来匹配不同波长的加工激光束，因而适用范围广，包含极紫外到长波红外，甚至太赫兹波段；本专利技术的三反光学系统是全反射系统，光路介质不存在折射率突变界面，无色差引入，不会对非平行光路引入光程差，因而避免了折射效应对光束传播方向的影响，从而克服了输出空间光存在畸变和失真现象的问题；本专利技术通过使三个反射镜片组成的三反光学系统旋转即可很方便地控制加工激光束的偏振方向，适用于执行空间光旋转跟随、偏振旋转跟随、可调衰减和分光等应用。
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1.一种基于三反光学系统的光束旋转装置，其特征在于：包括三反光学系统和旋转机构，三反光学系统包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜用于将其入射光全反射至第二反射镜，第二反射镜用于将其入射光全反射至第三反射镜，第三反射镜用于将其入射光全反射为出射光，旋转机构具有唯一旋转轴，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均固定在旋转机构中，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴可重合。
2.一种激光加工系统，其特征在于：包括加工激光束，以及上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜上均镀有与加工激光束的波长相匹配的增反膜，加工激光束射向第一反射镜，作为第一反射镜的入射光，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴重合，加工激光束的偏振控制方法如下：使旋转机构绕其旋转轴旋转，从第三反射镜射出的加工激光束的偏振方向将随之旋转。
3.一种激光加工系统，其特征在于：包括加工激光束，偏转分束镜，以及上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜
4.一种激光加工系统，其特征在于：包括加工激光束，以及沿加工激光束的光路依次布置的整形系统、4f系统和聚焦系统，加工激光束为具有旋转对称光斑的光束，整形系统用于将加工激光束整形为在焦平面具有非旋转对称光斑的光束，4f系统包括第一透镜和第二透镜，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，聚焦系统的焦距为f，其中：第一透镜与整形系统的间距为f1，第一透镜与第二透镜的间距为f1+f2，第二透镜与聚焦系统的间距为f2+f；
5.根据权利要求4所述的一种激光加工系统，其特征在于：所述基于三反光学系统的光束旋转装置位于4f系统与聚焦系统之间。
6.根据权利要求4所述的一种激光加工系统，其特征在于：所述整形系统为透射式整形器件或反射式整形器件。
7.根据权利要求4或6所述的一种激光加工系统，其特征在于：所述整形系统为空间光调制器或衍射光元件或振镜或微透镜阵列。
8.根据权利要求4所述的一种激光加工系统，其特征在于：所述加工激光束为具有旋转对称光斑的高斯激光束。
...【技术特征摘要】
1.一种基于三反光学系统的光束旋转装置，其特征在于：包括三反光学系统和旋转机构，三反光学系统包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜用于将其入射光全反射至第二反射镜，第二反射镜用于将其入射光全反射至第三反射镜，第三反射镜用于将其入射光全反射为出射光，旋转机构具有唯一旋转轴，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均固定在旋转机构中，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴可重合。
2.一种激光加工系统，其特征在于：包括加工激光束，以及上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜上均镀有与加工激光束的波长相匹配的增反膜，加工激光束射向第一反射镜，作为第一反射镜的入射光，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出射光的光轴重合，加工激光束的偏振控制方法如下：使旋转机构绕其旋转轴旋转，从第三反射镜射出的加工激光束的偏振方向将随之旋转。
3.一种激光加工系统，其特征在于：包括加工激光束，偏转分束镜，以及上述基于三反光学系统的光束旋转装置，三反光学系统的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜上均镀有与加工激光束的波长相匹配的增反膜，加工激光束射向第一反射镜，作为第一反射镜的入射光，且旋转机构的旋转轴、第一反射镜的入射光的光轴、第三反射镜的出...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雪辉，曾密宗，
申请(专利权)人：武汉引领光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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