[发明专利]一种反射式激光光束整形装置

说明书

本发明公开了一种反射式激光光束整形装置，包括相位调制镜、光阑，光阑位于相位调制镜输出第一激光的焦点处，相位调制镜用于对入射激光进行相位调制处理后再进行聚焦处理输出第一激光，第一激光的中心主峰的相位与第一激光的次级小峰的相位相同；光阑对第一激光的模式进行筛选，使其中心主峰能够通过，而次级小峰被滤过。该装置还包括准直镜，准直镜用于对通过光阑的主峰光束的发散角进行压缩，得到发散角小、模式单一的激光光束。本发明提供的反射式激光光束整形装置，具有结构简单、调节方便的特点，且经过整形后激光具有高功率和高质量，可应用于激光切割、焊接、熔覆、打孔等多种激光加工工艺。

技术领域

本发明属于激光光束整形技术领域，更具体地，涉及一种反射式激光光束整形装置。

背景技术

激光的优点在于良好的方向性、单色性和相干性。在激光应用的许多场合，例如激光打孔、焊接、切割以及激光医疗等微精密加工中，都希望激光输出模式为基模的同时获得高功率的输出光。传统选模技术(如使用孔径光阑)可以使激光器输出的光束质量提高，但使用孔径光阑在很大程度上限制了模体积，增加了功率损耗，这就限制了输出光的功率。

高功率激光器件设计的关键是在如何保证高光束质量的同时，获得尽可能高的输出功率。对于大增益区激光器，如高功率横流CO₂激光器，当使用单折的球面镜稳定腔时，其优势是可以获得高功率的激光输出，不足的是输出的激光模式是高阶模，光束质量M²因子较大，一般只能用于激光淬火、激光熔覆等表面处理的加工工艺中。当激光器使用小孔光阑选模或使用折叠腔时，可以获得低阶模或准基模的输出，但这样却在很大程度上减少了模体积，从而使得激光输出功率大大降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种反射式激光光束整形装置，旨在解决现有激光光束整形装置直接用小孔光阑进行整形导致激光输出功率低且激光质量不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种反射式激光光束整形装置，包括：

相位调制镜，用于对入射激光进行相位调制处理后再进行聚焦处理输出第一激光，第一激光的中心主峰的相位与第一激光的次级小峰的相位相同；

光阑，其位于相位调制镜的焦点处，其孔径与第一激光的中心主峰的宽度相同，用于对第一激光进行过滤处理，输出过滤后激光，过滤后激光中仅存在中心主峰。

本发明提供的反射式激光光束整形装置，由相位调制镜对入射激光进行相位调制处理和聚焦处理，经过相位调制处理后激光的中心主峰相位与次级小峰相位相同，使得激光功率分布均匀，经过相位调制处理后激光再次进行聚焦处理，使得第一激光的中心主峰幅值增大。经过第一激光进入光阑，光阑孔径与第一激光的中心主峰宽度相同，保留第一激光的中心主峰，因此，由光阑输出激光功率和光束质量均有提高。

优选地，相位调制镜设有相间排列的多个凹反射面和多个凸反射面；凹反射面用于接收并反射入射激光的任意峰，凸反射面用于接收并反射光中任意峰；当凹反射面与凸反射面相邻时，由该凹反射面反射的入射激光的峰与由该凸反射面反射的入射激光的峰相邻；两个相邻的凸反射面与凹反射面的高度差使入射激光中两个相邻峰的光程差为入射激光波长的整数倍。

当入射激光射入相位调制镜后，入射激光的一个峰射入相位调制镜的凹反射面，该峰的相邻峰射入与该凹反射面相邻的凸反射面，由于凸反射面高于凹反射面，且两个相邻的凸反射面与凹反射面的高度差使入射激光中两个相邻峰的光程差为入射激光波长的整数倍，进而实现由相位调制镜反射的第一激光的中心主峰的相位与第一激光的次级小峰的相位相等。

优选地，相位调制镜中，入射激光与任意一个凹反射面的法线之间的夹角和入射激光与任意一个凸反射面的法线之间的夹角相等，且凹反射面与凸反射面的高度差满足公式

其中，Δ为两个相邻的凹反射面与凸反射面之间的高度差，λ为入射激光的波长，k为正整数，θ为入射激光与凹反射面的法线之间的夹角。