專利名稱：一種用于獲得大面積均勻方形光斑的激光均束裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種對激光束進行整形的裝置，屬于激光光電子及其應用領域。
背景技術：
在激光燒結陶瓷過程中，希望在一塊較大面積上，材料的不同區(qū)域都能接收到相同能量的激光輻射以獲得一致的材料改性。目前對大功率激光束進行均束的一種方法是采用單塊帶式積分鏡，該技術存在的問題是只能得到帶形的均勻光斑(帶式成型聚焦反射鏡.左鐵釧，王智勇.專利號99216602.0.附圖7，即本實用新型的附圖16中所示長邊短邊之比接近3∶1)，如果對一般制成圓形或等邊方形(長邊短邊之比為1∶1)的陶瓷坯體進行輻照的話必須配合掃描裝置一起使用。另一種方法是采用方形積分聚焦鏡，它是在一個球面或非球面基體上用環(huán)氧樹脂粘上若干方形小鏡片，該種方法可得到方形均勻光斑，但制造復雜，且粘接劑在高功率激光輻照下易退化變質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種用于獲得大面積均勻方形光斑的激光均束裝置，簡化制造方法，降低制造成本，得到光強均勻分布的方形光斑。
一種用于獲得大面積均勻方形光斑的激光均束裝置，沿光路方向依次由凹面帶式積分鏡L1，凸面帶式積分鏡L2，球面反射鏡L3組成；凹面帶式積分鏡L1和凸面帶式積分鏡L2上由相同數(shù)量的，相互間有夾角的，奇數(shù)個帶狀反射平面構成，各個反射平面在與光線垂直的平面上的投影的寬度是相等的，帶式積分鏡的各個帶狀反射平面的交線是平行的，凹面帶式積分鏡L1和凸面帶式積分鏡L2的反射平面交線在空間上相互正交，如附圖1所示，凹面帶式積分鏡L1的反射平面交線垂直于紙面，而凸面帶式積分鏡L2的反射平面交線平行于紙面，所以L2的反射平面在附圖1中的截面是一條線段而不是凸面形，即附圖5所標的剖面A-A。原始平行激光束首先經(jīng)凹面帶式積分鏡L1反射，出射光為多個匯聚的帶狀光束，各帶狀光束匯聚成一帶狀光斑(如附圖6所示FP為帶狀光斑)后，繼續(xù)按各自的方向前進，并投射到凸面帶式積分鏡L2上，被凸面帶式積分鏡L2的帶狀反射平面分成一系列截面邊長相等的由小正方形光束組成的方形光束簇。此光束簇的中心光束經(jīng)過凹面帶式積分鏡L1和凸面帶式積分鏡L2的中間帶狀反射平面的中心。光束簇經(jīng)球面反射鏡L3反射后匯聚，各個光束在工作面上重疊，形成一塊光強均勻分布的方形光斑。
本實用新型的有益效果是可將大功率原始激光光束整形為方形均勻光斑(長短邊之比為1∶1)，適用于較大面積材料的均勻輻照，同時相對原有技術來說，降低了制造成本。


圖1本實用新型示意圖，該圖為凹面帶式積分鏡L1的反射平面交線垂直的視圖；圖2帶式積分鏡L1側(cè)視圖；其中各個面P為帶式積分鏡L1上的帶式反射平面，X為各反射平面間的交線；圖3帶式積分鏡L1主視圖；圖4帶式積分鏡L2側(cè)視圖；其中各個面P為帶式積分鏡L2上的帶式反射平面，X為各反射平面間的交線；圖5帶式積分鏡L2主視圖；圖6本實用新型均束原理圖；圖7原始激光束橫截面上的能量分布；圖8原始激光束X截面上的能量分布；圖9原始激光束Y截面上的能量分布；圖10原始激光束的能量分布；圖11激光束經(jīng)本實用新型均束后橫截面上的能量分布；圖12激光束經(jīng)本實用新型均束后X截面上的能量分布；圖13激光束經(jīng)本實用新型均束后Y截面上的能量分布；圖14激光束經(jīng)本實用新型均束后的能量分布；圖15引用專利(帶式成型聚焦反射鏡.左鐵釧，王智勇.專利號99216602.0)的附圖中的帶式成型聚焦反射鏡結構圖，其中1是鏡座，2是多帶反射斜面；圖16引用專利(帶式成型聚焦反射鏡.左鐵釧，王智勇.專利號99216602.0)的附圖中的帶式成型聚焦反射鏡聚焦后聚焦焦斑能量分布。
具體實施方式
該具體實施方式
選擇大功率CO2激光束為對象。利用擴束鏡將原始激光束擴束到合適的直徑以配合本實用新型的使用。帶式積分鏡L1和L2的反射平面數(shù)目都定為7，各條反射平面的寬度在毫米量級，所用材料為紫銅，加工時在圓柱形坯材上用超精密金剛石車床一次切削成型，這種加工手段能使表面粗糙度達到20nm，角度精度可達到0.01度，從而保證了實驗的誤差在允許范圍之內(nèi)。然后按圖1所示裝配各塊鏡片，經(jīng)這套裝置均束后，可將能量分布為多模的原始激光束(圖7-圖10所示)轉(zhuǎn)換為能量分布近乎均勻的方形平頂光斑(圖11-圖14所示)。激光束的測量采用的儀器為北京工業(yè)大學激光工程研究院所研制的大功率激光光束光斑質(zhì)量診斷儀LQD-1。
經(jīng)使用表明，本實用新型達到了預期的目的。
權利要求1.一種用于獲得大面積均勻方形光斑的激光均束裝置，其特征為沿光路方向依次由凹面帶式積分鏡(L1)，凸面帶式積分鏡(L2)，球面反射鏡(L3)組成；凹面帶式積分鏡(L1)和凸面帶式積分鏡(L2)由相同數(shù)量的，相互間有夾角的，奇數(shù)個帶狀反射平面構成，各個反射平面在與光線垂直的平面上的投影的寬度是相等的，帶式積分鏡的各個帶狀反射平面的交線是平行的，凹面帶式積分鏡(L1)和凸面帶式積分鏡(L2)的反射平面交線在空間上相互正交。
專利摘要本實用新型屬激光光電子應用領域，克服傳統(tǒng)裝置得到方形均勻光斑制造復雜缺點。它由凹面帶式積分鏡L1，凸面帶式積分鏡L2，球面反射鏡L3組成；L1和L2由相同數(shù)量，相互間有夾角的奇數(shù)個帶狀反射平面構成，各反射平面在與光線垂直的平面上投影的寬度相等，各帶狀反射平面的交線平行，L1和L2反射平面交線在空間上垂直；原始激光束經(jīng)L1反射后，形成的帶狀光束匯聚后繼續(xù)前進，并被L2的帶狀反射平面分成一系列由方形光束組成的光束簇，其中心光束經(jīng)過L1和L2中間的帶狀反射平面中心。光束簇經(jīng)L3反射后匯聚在工作面上，形成一光強均勻分布的方形光斑。該裝置可將大功率原始激光光束整形為方形均勻光斑，實用性強。
文檔編號G02B27/10GK2847319SQ20052012750
公開日2006年12月13日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權日2005年11月4日
發(fā)明者蔣毅堅, 黃雅崢, 季凌飛, 龔小南 申請人:北京工業(yè)大學