[发明专利]基于匀化装置的激光输出系统及计算方法

权利要求书

1.一种基于匀化装置的激光输出系统，包括激光器、扩束镜、反射镜和聚焦镜其特征在于：还包括光学镜组和用于使激光束在工件厚度上能量密度均匀分布的匀化装置，所述激光器发出的激光束经扩束镜扩束，并经45°设置的反射镜反射后进入光学镜组，所述激光束经光学镜组转换为贝塞尔光束后入射至匀化装置，所述匀化装置对所述贝塞尔光束进行匀化处理，并输出至聚焦镜，所述聚焦镜对光束进行聚焦后形成在工件厚度上能量密度均匀分布的加工激光输出。

2.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述光学镜组为轴棱锥镜组或位相光栅。

3.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述匀化装置为位相光栅。

4.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述匀化装置的镜面材质为熔融石英。

5.如权利要求3所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：当所述激光器输出激光的波长为1064nm，且加工工件厚度为1.5mm时，所述匀化装置的凸面曲率为23.352mm。

6.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述反射镜与光学镜组之间还设有整形装置。

7.一种基于匀化装置的激光输出系统中匀化装置曲率半径的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据激光器发出的高斯光束通过轴棱锥镜组后的光强分布I(r,z)求取出初始振幅与光强的关系式

步骤2：对激光器发出的高斯光束通过轴棱锥镜组后的光场分布表达式U₀(x₀,y₀)进行傅立叶变换和傅立叶逆变换，得到目标平面上的输出光场分布和输入光场分布U₀⁽ⁱ⁺¹⁾(x₀,y₀)；

步骤3：在目标平面范围(z_g，z_g+d)内任意选择m个平面作为输出光场平面，以I(r,z₁)＝I(r,z₂)＝……I(r,z_m)＝(A_ieda(x,y))²＝I_idea作为限制条件，对U₀(x₀,y₀)进行迭代，直到满足则迭代结束；

步骤4：对完成迭代后得到的输出光场矩阵进行拟合，得到匀化装置的曲率半径表达式

步骤5：根据表达式计算出匀化装置的曲率半径，所述匀化装置的曲率半径即为满足激光束在工件厚度上能量密度均匀分布的匀化装置曲率半径；

其中，所述r为三维直角坐标系下的空间坐标到光轴的距离；z为激光在传输方向上的坐标值；x₀和y₀分别为激光在直角坐标系下x，y方向的初始值；x和y分别为激光在直角坐标系下x，y方向的值；所述k等于所述λ为激光波长；所述i为迭代次数，所述i＝0，1，2，…，p；所述z_g为待加工工件上表面在传输方向上的坐标值；所述d为待加工工件厚度；所述m为选取的平面个数，所述z_m为选取的第m个平面在传输方向上的坐标值；A_ieda(x,y)为理想振幅；所述I_idea为理想光强；所述ε为设定值，该设定值的取值范围为10e-3～10e-6；所述为振幅；所述为相位函数；所述N为多项式序号；A_i为迭代求得的系数；Y为迭代求得到的归一化的径向孔径坐标。