[发明专利]一种激光束整形五分透镜和四分透镜

说明书

技术领域

本发明属于激光技术，涉及对激光束整形透镜的改进。

背景技术

由于圆形激光晶体易于生长，而且泵浦均匀，所以目前大多数激光器的输出为高斯分布的圆形光斑。而对热处理、激光冲击处理等工艺，需要采用方形光斑来满足各种工艺需求，一般可以采用掩模、特殊的积分镜等方法来获得方形光斑。目前方法的缺点是：采用掩模会损失部分能量，对于激光冲击强化等需要大能量的激光加工技术来说，掩模不仅产生能量损失，而且降低加工效率，显然采用掩模不是很好的办法。特殊的积分镜具有几十个甚至上百个加工面，加工成本很高，而且容易被强激光破坏。例如π整形镜承受的峰值功率密度仅为200MW/cm²，该整形镜无法用于激光冲击强化等峰值功率密度大于1GW/cm²的激光加工技术。另外，该整形镜价格很贵，φ6，φ12，φ34的整形镜价格分别为3400欧元，6000欧元，15000欧元，因此，这种整形镜在使用中存在很大的局限性。

发明内容

本发明专利的目的是：提出一种不损失激光能量、承受的激光峰值功率密度高于3GW/cm²、成本低的激光束整形透镜。

本发明专利的技术方案是：一种激光束整形五分透镜，具有一个半径为R1、厚度为σ1的圆片形基体，其底面为平面，其特征在于，整形透镜的上表面是由A、B、C、D、E五个平面组成的四棱台，平面E平行于整形透镜的底面，平面E在整形透镜底面上的投影是一个位于该底平面中心的正方形，平面E的外接圆半径为r，r＝0.4～0.7R1；平面A、B、C、D的形状相同，它是一个下底为弧线的等腰梯形，该等腰梯形的上底为平面E的一个边，平面A、B、C、D与整形透镜底面的夹角均为α，α＝0.01～0.4弧度。

一种激光束整形四分透镜，具有一个半径为R2、厚度为σ2的圆片形基体，其底面为平面，其特征在于，整形透镜的上表面是由F、G、H、K四个平面组成的四棱锥，平面F、G、H、K的形状相同，它是一个底边为弧线的等腰三角形，平面F、G、H、K与整形透镜底面的夹角均为α，α＝0.01～0.4弧度。

本发明的优点是：不损失激光能量，承受的激光峰值功率密度高于3GW/cm²，成本低，便于推广使用。本发明的一个实施例的成本仅几百元人民币，是π整形镜百分之一以下。

附图说明

图1是本发明激光束整形五分透镜的结构示意图。

图2是图1的仰视图。

图3是本发明激光束整形四分透镜的结构示意图。

图4是图3的仰视图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见图1、2，一种激光束整形五分透镜，具有一个半径为R1、厚度为σ1的圆片形基体，其底面为平面，其特征在于，整形透镜的上表面是由A、B、C、D、E五个平面组成的四棱台，平面E平行于整形透镜的底面，平面E在整形透镜底面上的投影是一个位于该底平面中心的正方形，平面E的外接圆半径为r，r＝0.4～0.7R1；平面A、B、C、D的形状相同，它是一个下底为弧线的等腰梯形，该等腰梯形的上底为平面E的一个边，平面A、B、C、D与整形透镜底面的夹角均为α，α＝0.01～0.4弧度。

上面所说的圆片形基体的半径R1＝10～100mm，厚度σ1＝[(R1-0.707r)*tanα+(2～5)]mm。

参见图3、4，一种激光束整形四分透镜，具有一个半径为R2、厚度为σ2的圆片形基体，其底面为平面，其特征在于，整形透镜的上表面是由F、G、H、K四个平面组成的四棱锥，平面F、G、H、K的形状相同，它是一个底边为弧线的等腰三角形，平面F、G、H、K与整形透镜底面的夹角均为α，α＝0.01～0.4弧度。

上面所说的圆片形基体的半径R2＝10～100mm，厚度σ2＝[R2*tanα+(2～5)]mm。

本发明的工作原理是：对五分镜而言，使激光入射光斑的边缘刚好外接平面E的四个角，在工作焦点位置，平面A、B、C、D的折射光被折射进正方形内，这样一来，半径为R3的圆形光斑被转化边长为1.414r的方形光斑。

对四分镜而言，圆形光斑经镜片后，由于平面F、G、H、K四个面的折射作用，被分解成四个直角扇形，随后四个直角扇形随焦距的调整向中间合拢，在工作焦点位置四个直角扇形重叠形成四方形。在工作焦点位置，半径为R3的圆形光斑被转化成边长为R3的方形光斑。

实施例。

下面表1给出本发明激光束整形五分透镜的3个实施例的参数。