[发明专利]一种透射式激光光束整形系统

说明书

本发明公开了一种透射式激光光束整形系统，包括透射式相位调制镜、空间滤波镜及透射式准直镜。透射式相位调制镜入射面为高度不同的凹凸间隔同心圆环面，相邻的凸面与凹面对应激光束相邻的峰，激光的出射面为凸面；空间滤波镜对透射式相位调制镜的输出光束的模式进行筛选，使其中心主峰光束能通过，次级小峰被反射吸收；透射式准直镜对经过选择的主峰光束的发散角进压缩，得到模式单一、发散角小、能量损耗小的激光；本发明提供的这种透射式激光光束整形系统具有结构简单、调整方便的特点，得到的光束基模功率高，可适用于激光切割、焊接、打孔等多种激光加工过程。

技术领域

本发明属于激光光束整形技术领域，更具体地，涉及一种透射式激光光束整形系统。

背景技术

激光的优点在于良好的方向性、单色性和相干性。在很多激光应用场合，例如激光切割、焊接、打孔以及激光医疗等微精密加工中，都希望激光器能工作在发散角最小、光束质量最好的基模状态。对于很多大增益介质的激光器而言，如果不采取选模措施，激光器往往工作在高阶横模状态，截面上的光束能量分布不均匀，直接输出达不到预期效果，需要对激光输出光束的横模进行选择，抑制高阶模，使输出激光的基模占比增加，得到截面能量分布更加均匀的激光光束。

传统选模方法，如小孔光阑选模，谐振腔参数选模、非稳腔选模、微倾腔镜选模等可以使激光输出的光束质量提高；小孔光阑选模可以在激光器外进行模式选择，但使用小孔光阑在很大程度上限制了模体积，增加了模损耗；而其他的方法均需要对激光器本身进行更改。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种透射式激光光束整形系统，其目的在于在通过外部激光光束整形系统将激光器输出的高阶模转换为基模，在尽可能保证激光光束能量的前提下，获得更多的基模输出激光。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种透射式激光光束整形系统，包括透射式相位调制镜、空间滤波镜和透射式准直镜；

其中，透射式相位调制镜的激光入射面为高度不同的凹凸间隔同心圆环面，相邻的凸面与凹面分别对应入射激光束相邻的峰；透射式相位调制镜的出射激光聚焦形成聚焦光斑，聚焦光斑包括主峰和旁瓣；

空间滤波镜设于透射式相位调制镜出射激光聚焦光斑处，空间滤波镜中心部位有可透光的光孔；主峰从光孔穿过，旁瓣则被空间滤波镜反射吸收；

透射式准直镜为凸透镜，其前焦面位于空间滤波镜中心处；透射式准直镜用于对空间滤波镜的出射激光进行准直。

优选地，上述透射式激光光束整形系统，其透射式相位调制镜的激光入射面的凸面与凹面的高度差Δ满足：

其中，n为透射式相位调制镜材料对入射激光的折射率，λ是入射激光的波长，k为正整数。

优选地，上述透射式激光光束整形系统，其透射式相位调制镜的出射面为凸面，将出射激光聚焦形成聚焦光斑。

优选地，上述透射式激光光束整形系统，其透射式相位调制镜的出射面为平面；且该透射式激光光束整形系统还包括单透镜，该单透镜设于透射式相位调制镜的出射面与空间滤波镜之间，空间滤波镜设于单透镜的焦点处。

优选地，上述透射式激光光束整形系统，其空间滤波镜的中心光孔大小可调；通过调整该光孔的大小来调整输出激光的能量大小。

优选地，上述透射式激光光束整形系统，其空间滤波镜的光孔周围设有一个不透明的圆锥面，圆锥面镀有增反膜；

透射式相位调制镜的出射光中的主峰从光孔穿过，旁瓣则被不透明圆锥面反射，被反射的光线照射到另一角度的不透明圆锥面上被吸收。

优选地，上述透射式激光光束整形系统，其空间滤波镜内部设有环形水冷通道，通过水冷降低吸收光线的不透明圆锥面的温度。