输出为均匀线光斑的激光光束变换整形器

摘要

本发明公开一种输出为均匀线光斑的激光光束变换整形器，是一种将光斑形状不规则、能量分布不均匀的激光光束经过变换整形为能量均匀分布、光斑形状近似为一条线的激光光束的光学系统，主要应用于激光抛光、激光清洗、激光致材料表面改性，属于激光表面处理技术及其应用领域。本发明包括七个部分：由多个圆透镜或柱透镜组成的第一部分望远镜系统，由分别具有N个柱透镜的柱透镜阵列构成的第二、第三、第四、第五部分，由两片母线相互垂直的柱透镜构成的第六部分，由柱透镜或柱透镜组合构成的第七部分。本发明将入射激光变换整形为光斑能量分布均匀的线型激光光斑，配合工作台的快速移动，大大提高了激光抛光、激光清洗和激光致材料表面改性的效率。

主权项

一种输出为均匀线光斑的激光光束变换整形器，其特征在于：由第一部分1、第二部分4、第三部分5、第四部分6、第五部分7、第六部分8和第七部分11组成；所述的第一部分1为望远镜系统，由多个圆透镜或柱透镜等组成；所述的第二部分4、第三部分5、第四部分6和第五部分7均为由N个相同柱透镜组成的柱透镜阵列，N的取值范围为大于等于2，其中：第二部分4和第三部分5的柱透镜阵列母线平行，第三部分5和第四部分6的柱透镜阵列母线垂直，第四部分6和第五部分7的柱透镜阵列母线平行；所述的第六部分8为柱透镜组合，其中包含两片母线相互垂直的柱透镜，第一片柱透镜9母线与第二部分4柱透镜阵列母线平行，第二片柱透镜母线10与第四部分6柱透镜阵列母线平行；所述的第七部分11为柱透镜或柱透镜组合，其母线与第二部分4柱透镜阵列母线平行；所述的第一部分1在系统中起到对入射激光进行初步整形的作用，即将入射第一部分1的激光变换整形为尽可能充满第二部分4激光入射范围的激光光斑，并尽可能地降低发散角度；所述的第二部分4为由N个相同柱透镜组成的柱透镜阵列，第二部分4将入射的激光分为N束并行激光光束；所述的第三部分5为由N个相同柱透镜组成的柱透镜阵列，第三部分5和第二部分4的柱透镜阵列母线平行，N个相同柱透镜中的每一个柱透镜对应第二部分4中N个相同柱透镜中的一个；第二部分4和第三部分5中对应的每一对柱透镜各自组成一光学系统，第二部分4柱透镜的后焦点12位于第二部分4与第三部分5间距离的中心附近，第三部分5柱透镜的前焦点13位于第二部分4与第三部分5距离的1/4处附近；通过调节第三部分5相对于第二部分4的距离，可以调节均束面上激光光斑在与第二部分4柱透镜阵列母线垂直方向上的宽度；所述的第四部分6为由N个相同柱透镜组成的柱透镜阵列，第四部分6和第三部分5的柱透镜阵列母线垂直，第四部分6将入射的N束激光中的每一束分为N束并行激光光束；所述的第五部分7为由N个相同柱透镜组成的柱透镜阵列，第五部分7和第四部分6的柱透镜阵列母线平行，N个相同柱透镜中的每一个柱透镜对应第四部分6中N个相同柱透镜中的一个；第四部分6和第五部分7中对应的每一对柱透镜各自组成一光学系统，第四部分6柱透镜的后焦点14位于第四部分6与第五部分间7距离的中心附近，第五部分7柱透镜的前焦点15位于第四部分6与第五部分7间距离的1/4处附近；通过调节第五部分7相对于第四部分6的距离，可以调节均束面上激光光斑在与第四部分6柱透镜阵列母线垂直方向上的宽度；所述的第六部分8为柱透镜组合，其中包含两片母线相互垂直的柱透镜，第一片柱透镜9母线与第二部分4柱透镜阵列母线平行，第二片柱透镜10母线与第四部分6柱透镜阵列母线平行，并且，第一片柱透镜9对应的均束面16与第二片柱透镜10对应的均束面17间保持一定距离；第六部分第一片柱透镜9对第二部分4分隔开的光束进行叠加，第六部分第二片柱透镜10对第四部分6分隔开的光束进行叠加；所述的第七部分11为柱透镜或柱透镜组合，其母线与第二部分4柱透镜阵列母线平行，第七部分11位于第六部分第一片柱透镜9对应的均束面16附近，第七部分11的焦距与第六部分第一片柱透镜9对应的均束面16与第二片柱透镜10对应的均束面17间的距离相等；第七部分11将第六部分第一片柱透镜9对应的均束面16转移到第六部分第二片柱透镜10对应的均束面17上，同时对均束面17上的激光光斑在与第二部分4柱透镜阵列母线垂直方向上的宽度进行压缩，最终形成一条激光光斑能量分布均匀的一条线型激光光斑；入射激光入射到第一部分1，第一部分1将入射的激光变换整形为尽可能充满第二部分4激光入射范围且发散角度尽可能小的激光光斑；入射激光经第一部分1后，出射到第二部分4，第二部分4将入射的激光分为N束并行激光光束；入射激光经第一部分1和第二部分4后，出射到第三部分5，第三部分5N个柱透镜中的每一个对应N束并行激光光束中的一束，控制第二部分4与第三部分5间的距离，可调节均束面16上激光光斑在与第二部分4柱透镜阵列母线垂直方向上的宽度，并使其为较窄状态；入射激光经第一部分1、第二部分4和第三部分5后，出射到第四部分6，第四部分6将入射的N束激光中的每一束分为N束并行激光光束；入射激光经第一部分1、第二部分4、第三部分5和第四部分6后，出射到第五部分7，第五部分7N个柱透镜中的每一个对应第四部分6分割后的N束并行激光光束，控制第四部分6与第五部分7间的距离，可调节均束面17上激光光斑在与第四部分6柱透镜阵列母线垂直方向上的宽度，并使其为较宽状态；入射激光经第一部分1、第二部分4、第三部分5、第四部分6和第五部分7后，出射到第六部分8，第六部分第一片柱透镜9将入射的激光光束在与第六部分第一片柱透镜9母线垂直方向上进行叠加，并形成均束面16，第六部分第二片柱透镜10将入射的激光光束在与第六部分第二片柱透镜10母线垂直方向上进行叠加，并形成均束面17；入射激光经第一部分1、第二部分4、第三部分5、第四部分6、第五部分7和第六部分8后，出射到第七部分11，第七部分11将第六部分第一片柱透镜9对应的均束面16上的激光光斑在与第二部分4柱透镜阵列母线垂直方向上的宽度进行压缩，并在第六部分第二片柱透镜10对应的均束面17上形成一条激光光斑能量分布均匀的线型激光光斑。