[实用新型]一种透反式宽度可调消光晕匀化光学系统

说明书

本实用新型公开了一种透反式宽度可调消光晕匀化光学系统，包括从物侧到像侧顺序布置且中心轴共面的消像差准直镜组、第一曲型柱面反射镜阵列、第二曲型柱面反射镜阵列、第一柱面透镜及第二柱面透镜；其中，所述消像差准直镜组的中心轴垂直于所述第一曲型柱面反射镜阵列柱面的中心轴；所述第一曲型柱面反射镜阵列、所述第二曲型柱面反射镜阵列均为90°光束偏转角，且反射镜面法线相互平行；所述第一柱面透镜的中心轴、所述第二柱面透镜的中心轴与所述消像差准直镜组的中心轴平行。本实用新型提供的光学系统适用于光纤输出类激光束匀化整形，可大幅降低激光淬火边缘及多道搭接弱化带宽度，并最大限度提高激光淬火深度与效率。

技术领域

本实用新型涉及激光淬火光束匀化整形技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种透反式宽度可调消光晕匀化光学系统。

背景技术

光纤输出类激光器涵盖了光纤激光器以及半导体光纤耦合激光器，因为光纤柔韧性以及对近红外光束有很好的耦合输出，使得光纤输出类激光器市场占有率日益突出。目前光纤输出类激光器千瓦级已是相当普及，万瓦级激光器也逐步上映市场，让光纤激光各类加工工艺越加普遍化。然而，随着激光功率的增加，光纤芯径也随之增大，尤其是半导体激光器，因本身光束质量较差，即便是较低功率下光纤芯径也相对较大，同时光束发散角也比普通的光纤激光器大了许多，这给激光熔覆、淬火等一些激光加工应用的光学系统提高了难度。

在激光加工应用中，激光熔覆特别是激光淬火，通常会采用平顶光束进行作业。众所周知，平顶光束的获得方法有多种，如透镜阵列整形、波导整形、二元光学元件整形、积分镜整形等，波导整形因光吸收较大，在高功率激光加工上严重受限，透镜阵列及二元光学元件整形等透射式镜片，一般采用熔融石英材料，由于石英材料硬而脆，加工难度较金属材料大了许多，对应的加工成本也就增加了不少。

金属反射镜能够直接水冷且导热性良好，在保证较小的通光孔径下，依旧能够承受极高的激光功率，这是难以替代的优势，常规的积分镜作为金属反射镜中的一种匀化整形镜代表，往往因为激光器参数的差异而影响使用效果，甚至于因为激光器参数而无法满足客户需求。

因为，激光淬火除了对匀化平顶光束均匀性有要求外，还对平顶光束边缘光晕有较高的要求，较大光晕的平顶光束将导致激光淬火搭接处回火从而降低材料表面硬度，即弱化带。而常规的激光束匀化，平顶光束光晕会受到激光器参数的影响，对于光纤芯径较大的光纤输出类激光器，匀化的平顶光束往往会带有较大光晕，也就是均匀分布方向上的两端会出现较大的非均匀区，这不利于激光淬火。

同时，激光淬火中匀化光斑宽度影响着材料的淬火深度，匀化光斑太宽或太窄，都不利于激光淬火深度与效率的平衡，其中一定的宽度范围，是非常适合于提升材料淬火深度及效率的。另外，市面上众多激光淬火加工头，一般都采用了双向匀化光斑，其与单向匀化光斑相比较，除了峰值功率密度较低，不利于提高激光淬火效率以外，同时容易导致淬火带深度不一致，往往是中心深边缘浅。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供了一种可大幅降低激光淬火边缘及多道搭接弱化带宽度，并最大限度提高激光淬火深度与效率的透反式宽度可调消光晕匀化光学系统。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种透反式宽度可调消光晕匀化光学系统，包括从物侧到像侧顺序布置且中心轴共面的消像差准直镜组、第一曲型柱面反射镜阵列、第二曲型柱面反射镜阵列、第一柱面透镜及第二柱面透镜；

其中，所述消像差准直镜组的中心轴垂直于所述第一曲型柱面反射镜阵列柱面的中心轴；

所述第一曲型柱面反射镜阵列、所述第二曲型柱面反射镜阵列均为90°光束偏转角，且反射镜面法线相互平行；

所述第一柱面透镜的中心轴、所述第二柱面透镜的中心轴与所述消像差准直镜组的中心轴平行。