[发明专利]半导体激光器阵列条形光斑激光熔覆装置

说明书

本发明公开了一种半导体激光器阵列条形光斑激光熔覆装置，包括二维Bar条阵列，以及二维Bar条阵列输出的激光光路上依次设置的由微透镜阵列、第一光束间隔压缩整形器、第二光束间隔压缩整形器、聚焦柱透镜、条形同轴送粉喷嘴和打印控制平台；所述打印控制平台位于条形同轴送粉喷嘴下方；所述第二光束间隔压缩整形器上安装有光束指示器。应用本发明的半导体激光器阵列条形光斑激光熔覆装置，结合半导体激光器的输出特点，通过二次整形的方法将其直接整形成可直接应用于激光熔覆和激光热处理的条形光斑的激光输出，配合条形同轴送粉喷嘴，实现了高速线扫描激光熔覆，极大地提高了激光熔覆效率。

技术领域

本发明涉及激光光束整形装置，特别是一种半导体激光器阵列条形光斑激 光熔覆装置，用于将二维Bar条阵列出射的激光进行重新整形成适合于激光熔 覆、热处理等应用的线状光斑的均匀激光输出。

背景技术

在激光熔覆及材料表面热处理方面，为了提高加工效率，在激光功率密度 满足的情况下，常常需要将圆形光斑转换成条形光斑，半导体激光器在这方面 有着天然的优势，可以在光束整形过程中直接将阵列半导体激光器整形成条形 光斑输出，将其用于激光熔覆、金属材料的表面硬化处理、表面合金化处理等 工业加工，具有高效、节能、低成本等优势。

目前半导体激光器阵列整形技术主要集中在如何将半导体耦合进光纤或者 输出成圆形光斑，一方面技术难度较大，难以实现超大功率，另一方面激光熔 覆或激光表面热处理所使用激光器件主要有各类固体激光器、气体激光器及光 纤激光器等，这些器件也受到光斑形状和功率的限制，往往加工效率低下，如 果能将二维半导体激光器阵列直接整形成激光熔覆及激光热处理使用的条形激 光输出，可大幅提升激光加工速度，而且因其优秀的性能价格比及低廉的运 营、维护成本，具有广阔的市场前景。

通过将大功率阵列半导体激光器整形为条形光斑输出，可以获得比传统其 他类型工业激光器更大的加工光斑，而其功率转换效率要比传统工业激光器高 很多，使其具有更经济的运营成本；从激光加工功率密度上来说，条形输出完 全可以满足激光熔覆所需的激光亮度(或者称单位面积的激光功率)，又因为 条形光斑远大于传统的圆形光斑尺寸，使得采用大功率阵列半导体激光器条形 输出为激光光源的熔覆设备具有更快的加工速度与效率，更适合于大型设备的 激光熔覆。

因此，设计一种输出条形光斑，对于提供激光熔覆效率与速度、降低激光 熔覆运营成本、扩大激光熔覆的加工范围和提高熔覆质量，满足激光熔覆三维 立体制造技术的发展需要，具有重要的现实意义和实际应用价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种半导 体激光器阵列条形光斑激光熔覆装置。

为了达到上述技术效果，本发明采用如下的技术解决方案：

一种半导体激光器阵列条形光斑激光熔覆装置，包括由m×n个Bar条组 成的二维Bar条阵列，以及二维Bar条阵列输出的激光光路上依次设置的由m ×n个微透镜组成的微透镜阵列、第一光束间隔压缩整形器、第二光束间隔压 缩整形器、聚焦柱透镜、条形同轴送粉喷嘴和打印控制平台；所述打印控制平 台位于条形同轴送粉喷嘴下方；由二维Bar条阵列输出的激光阵列先经过微透 镜阵列进行准直形成m×n个准直激光束，再经第一光束间隔压缩整形器和第 二光束间隔压缩整形器对光束间的暗区依次进行行方向和列方向消除得到矩形 光斑，然后经聚焦柱透镜得到条形光斑；最后经所述条形同轴送粉喷嘴的激光输出端口输出；所述第二光束间隔压缩整形器上安装有光束指示器。

进一步的，所述微透镜阵列由多个微透镜组成。