[发明专利]用于生成高功率激光束的光路系统、切割头和设备

说明书

本申请属于激光光束整形技术领域，具体涉及一种用于生成高功率激光束的光路系统、切割头和设备。其中，用于生成高功率激光束的光路系统包括：依次设置的光纤密排模块、二元微透镜阵列、4F光学系统；激光光束经所述光纤密排模块传输至所述二元微透镜阵列，所述二元微透镜阵列将所述激光光束整形为平顶光束，所述平顶光束经所述4F光学系统形成预设形状的激光光斑。通过本申请的系统能够方便地得到满足用户形状要求的高能量密度的激光光斑。

技术领域

本申请属于激光光束整形技术领域，具体涉及一种用于生成高功率激光束的光路系统、切割头和设备。

背景技术

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻与切割、金属非金属钻孔、切割、焊接等等。

光纤激光器输出的激光光束的能量分布往往呈高斯型分布，在光纤激光加工工艺中通常需要将激光束进行能量分布整形，实现平顶分布，以得到功率密度均匀分布的光斑。

现有技术的光束整形(高斯光束平顶化)技术一般通过使用积分镜或匀光管的方法达成，积分镜由很多块小平面镜组成，工艺复杂；匀光管用于光纤激光器需要很长的长度，且损耗高。当用于光纤激光器时，两者均匀化后的光斑都较大，难以根据用户对光束形状的要求生成高亮度、高功率密度的激光光斑。

如何使激光器输出高光斑功率密度的光斑，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种用于生成高功率激光束的光路系统、切割头和设备。

(二)技术方案

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种用于生成高功率激光束的光路系统，该系统包括依次设置的光纤密排模块、二元微透镜阵列、4F光学系统，激光光束经所述光纤密排模块传输至所述二元微透镜阵列，所述二元微透镜阵列将所述激光光束整形为平顶光束，所述平顶光束经所述4F光学系统形成预设形状的激光光斑。

可选地，所述二元微透镜阵列的结构与光纤密排模块的结构相同，并镀有增透模，镀膜系数与激光器输出波长相同。

可选地，所述4F光学系统包括第一非球面镜、第二非球面镜以及第一非球面镜、第二非球面镜之间设置的整形模板，所述第一非球面镜包括第一入射曲面和第二出射曲面，所述第一入射曲面与所述第二出射曲面弯曲方向相同；所述第二非球面镜包括第三入射曲面和第四出射平面，所述第四出射平面不改变光束传输方向。

可选地，所述第一入射曲面的面型分布为：

其中，d₁为所述第一入射曲面中心与所述二元微透镜阵列出光端的距离，r为光线在第一入射曲面照射点与中心轴线之间的垂直距离，Z_S(r)为相应照射点处所对应的面型垂度。

可选地，所述第二出射曲面的面型分布为：

其中，z(r)为所述第二出射曲面径向位置r处的面型垂度，n为透镜使用材料的折射率，d为第二出射曲面中心与第三入射曲面中心之间的距离，f(x)为第二出射曲面出射位置r与第三入射曲面入射位置R之间的关系。

可选地，所述第三出射曲面的面型分布为：

其中，Z(R)为第三入射曲面径向位置R处的面型垂度。

可选地，所述光纤密排模块包括：