[发明专利]用于激光加工的光学元件及激光加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件，特别是指一种用于激光加工的光学元件及激光加工设备。

背景技术

用于激光材料加工的设备包括光纤激光器、半导体激光器等。光纤激光器由于光束质量好、效率高、寿命长、体积小、运行费用低等显著优点，在工业、医学和军事领域得到了广泛的应用。

采用光纤激光器对材料进行焊接加工时，由于光纤激光器输出的光束经过聚焦后，呈现如图1所示的高斯分布，激光的能量集中在峰值处，且聚焦的光斑小，能量密度过高。

由于能量过于集中在峰值，焊接过程中形成对熔池的搅拌而产生飞溅，同时容易使材料气化出现等离子体，出现焊接过程的不稳定性，如产生金属材料的飞溅或出现陷坑，并导致激光器的光学系统在焊接过程中受到气化的金属材料的污染和飞溅损伤。

由于半导体激光器的光束快慢轴的光束质量差异很大，分割重排后光斑为矩形。采用该半导体器输出的光束经过聚焦后，对材料进行焊接加工时，输出的光强分布不均匀，也会导致焊接过程的不稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种用于激光加工的光学元件及激光加工设备，以解决采用激光器进行材料加工时，输出的光强不均匀，导致焊接过程出现不稳定性的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种用于激光加工的光学元件，所述光学元件为非球面反射镜，并由至少两个具有不同曲率半径且光轴相重合的聚焦部构成，所述聚焦部分别将激光光束聚焦在光轴的不同位置上。

优选地，所述聚焦部的数量为两个，且所述聚焦部的反射表面相切。

优选地，所述光学元件的中心里侧的聚焦部的面积对应获得所述激光光束的40％能量的区域面积；所述光学元件的中心外侧的聚焦部的面积对应获得所述激光光束的60％能量的区域面积。

本发明的实施例还提供一种激光加工设备，包括激光器和用于激光加工的光学元件；所述光学元件为非球面反射镜，并由至少两个具有不同曲率半径且光轴相重合的聚焦部构成，所述聚焦部分别将激光光束聚焦在光轴的不同位置上。

优选地，所述聚焦部的数量为两个，且所述聚焦部的反射表面相切；

所述光学元件的中心里侧的聚焦部的面积对应获得所述激光光束的40％能量的区域面积；所述光学元件的中心外侧的聚焦部的面积对应获得所述激光光束的60％能量的区域面积。

优选地，所述激光器为半导体激光器或光纤激光器。

优选地，所述激光光束入射并覆盖所述光学元件的区域大于所述光学元件的中心里侧的聚焦部的区域，小于所述光学元件的中心外侧的聚焦部的区域。

通过本发明实施例中的光学元件，可将激光能量分布在光场的中心位置和边缘位置，在焊接过程中，不会形成对熔池的搅拌而产生飞溅，同时有效减少材料气化出现等离子体，避免金属材料的飞溅或出现陷坑，并保护激光器的光学系统在焊接过程中不受气化的金属材料的污染和飞溅损伤。

附图说明

图1示出了现有的激光器的输出的光束经过聚焦后的光强分布示意图；

图2示出了通过光学元件将光纤激光器的光束聚焦后的示意图；

图3示出了图2中光斑能量分布及整形匀化后光斑能量分布示意图；

图4示出了通过光学元件将半导体激光器的光束聚焦后的示意图；

图5示出了图4中光斑能量分布及整形匀化后光斑能量分布示意图；

图6示出了加工设备的结构框图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

本发明的光学元件上具有多个不同的曲率半径，这些不同的曲率半径可将激光器发出的光反射出多个不同焦距的同轴焦点，多焦点可有效的将激光的能量分散在同一个光轴的各个焦点上，从而在任意两个焦点之间，获得适宜材料加工的焦点能量。下面以双焦点为例，详细说明本发明的实施例。

参见图2所示的实施例一的聚焦镜，包括：具有第一曲率半径的第一聚焦部11、具有第二曲率半径的第二聚焦部12，且第一曲率半径小于第二曲率半径，两个不同曲率半径的聚焦部聚焦后的焦点在同一个光轴上。聚焦部可采用抛物线的形状来实现，通过每个聚焦部的焦距来确定适宜加工出聚焦部的曲线。