[发明专利]一种基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统及方法

说明书

本发明提供的一种基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统及方法，包括以下步骤：将发出的激光进行扩束；将扩束后的激光利用全息图进行调制，得到预设光场分布的多光束激光；将多光束激光进行能量放大，得到高功率的多光束激光；控制高功率多光束激光对待加工工件进行扫描加工；本发明提出的基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统及方法，可灵活调控光束并进行功率放大，能够实现高精度、高质量、高效率、无限幅面的激光加工，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于激光放大及激光应用技术领域，特别涉及一种基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统及方法。

背景技术

由于激光加工具有高精度、高质量、可加工材料范围广、无刀具磨损等特点而广泛应用于航空航天、汽车船舶、电子通讯及生物医疗等领域。随着激光技术的不断发展，许多加工场合往往需要加工各类形状和数量的大面积群孔，如熔喷布喷丝板、涡轮叶片气膜孔等，这些群孔对微孔的精度与质量都有较高的要求，同时也需要较高的整体加工效率。而当前的激光加工往往采用的是单点高斯光进行加工，存在加工效率低、能量利用率低和适应性差等不足，因此可以采用多光束并行加工的方法来提升激光加工效率。

并且，有研究表明不同的光场分布如贝塞尔光、矢量光、平顶光及超高斯光等对于激光加工会有不同的加工效果，适当的光场分布可以进一步提升激光加工的精度和质量。而目前的一些光场调控往往需要复杂的光路来完成，而利用空间光调制器、数字微镜器件等光学元件的损伤阈值有限，调制分束后光束能量极低，难以实现高功率、高效率、高精度的激光加工，因此研究基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统及方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统及方法，解决了现有的激光加工过程中存在加工效率低、能量利用率低和适应性差的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于光场调控的多光束激光放大扫描加工系统，包括以下步骤：

将发出的激光进行扩束；

将扩束后的激光利用全息图进行调制，得到预设光场分布的多光束激光；

将多光束激光进行能量放大，得到高功率的多光束激光；

控制高功率多光束激光对待加工工件进行扫描加工。

优选地，通过光学调制模块对激光器发出的激光进行扩束、全息图调制，得到预设光场分布的多光束激光；之后将得到的多光束激光入射至激光放大模块，通过激光放大模块对多光束激光进行能量放大，得到高功率的多光束激光；之后高功率的多光束激光入射至扫描振镜对待加工工件进行扫描阵列加工。

优选地，利用光学调制模块对激光进行扩束、全息图调制，得到预设光场分布的多光束激光；所述光学调制模块为包括λ/2波片、扩束镜、衍射光学元件和傅里叶透镜，其中，激光器输出的激光经过λ/2波片入射至扩束镜；所述扩束镜输出的光束入射至衍射光学元件，所述衍射光学元件输出的多光束激光经过傅里叶透镜的入射至激光放大模块。

优选地，利用激光放大模块对多光束激光进行能量放大，得到高功率的多光束激光；所述激光放大模块包括第一偏振分束镜、激光放大单元和泵浦源，其中，光学调制模块输出的多光束激光经过第一偏振分束镜入射至激光放大单元；激光放大单元输出的多光束激光入射至扫描振镜；同时，所述泵浦源输出的激光入射至激光放大单元。

优选地，激光放大单元包括增益介质、λ/4波片和第二反射镜，其中，所述第一偏振分束镜输出的多光束入射至增益介质；增益介质输出的多光束入射至λ/4波片；λ/4波片输出的激光入射至第二反射镜；第二反射镜输出的激光依次经过λ/4波片和增益介质反射至第一偏振分束镜；所述泵浦源输出的激光入射至所述增益介质。