大功率雷射加工系統中的光輻射變換器的製作方法
2023-10-08 02:36:44
專利名稱：大功率雷射加工系統中的光輻射變換器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於用雷射束加工用的器件，特別是屬於利用大功率雷射加工中的光輻射變換器。它是用於將改變雷射光束的形狀和雷射光束的能量再分布的器件。
大功率雷射加工包括雷射表面熱處理，雷射焊接，雷射打孔，雷射切割，雷射刻字等等。隨著社會的進步，生產的發展，對大功率雷射加工技術不斷地提出了新的要求，在某些場合需要不同的形狀的雷射光斑，或是各種不同的雷射束的能量再分布。實現上述目標的技術手段，在現有技術中主要應用非球面透鏡或其它異形導向鏡，但這些非球面透鏡或異形導向鏡的加工工藝複雜，成本較高，不容易推廣使用。也有使用全息圖來改變光束的形狀和光束的能量再分布，但全息圖也存在著許多缺點，如衍射效率不高，光能損失較大，只能離軸使用，使光學系統的結構複雜化。
本實用新型的目的就是要克服上述非球面透鏡、異形導向鏡或全息圖的缺點，如與非球面透鏡相比，減少了加工工藝的複雜性，成本降低，易於推廣，再如與全息圖相比，大大提高了光學效率，可以同軸使用，使光學系統的結構大為簡單等。
本實用新型的另一目的就是要在大功率雷射加工中，如雷射表面處理，雷射焊接，雷射切割，雷射打孔等可任意地改變雷射光束的形狀，可任意地使雷射的強度再分布，以滿足實際生產的需要。
本實用新型為了實現上述發明目的提出了一種工作在大功率雷射加工系統中的光輻射變換器，該器件能任意地改變雷射光束的形狀，也能任意地改變雷射光束的能量再分布，以用於雷射表面熱處理、雷射焊接、雷射切割、雷射打孔等雷射熱加工處理中。該器件的材料可用一般半導體材料如鍺、砷化鎵、錫化鋅等長波長(波長為10.6微米左右)的透光材料。該器件的結構外形為在長波長的透光材料的基片的一面或兩面經過蝕刻產生二個或多個深度等級的矩形臺階或園形臺階分布在其表面上，光通過該器件的臺階形表面構造後形成衍射，由於在其表面存在二個或多個深度等級的臺階，可以產生任意所需要的光波陣面，從而達到改變雷射光束的形狀或雷射光束的強度分布的目的。該器件裝置可以由一片或兩片類似的器件構成，兩片時同軸放置，兩片間距離可根據不同的用途和能量分布的要求計算確定。基片表面上的臺階形狀和分布是根據不同的用途和要求來設計並蝕刻而成，該器件裝置的工作方式可以透射式或反射式。在反射式工作狀態可採用由銅、鋁、鋅、鉬、鉻等材料，並在其表面鍍一層高反射率的金屬材料如金、銀、鋁、鉻等。
本實用新型的光國輻射變換器件及其裝置的實施例示於附圖
中，其中圖一(a)、(b)分別表示構成本實用新型的光輻射變換器件的基為矩形臺階分布剖面圖；圖二(a)、(b)分別表示構成本實用新型的光輻射變換器件的基片；為園形的臺階分布的平剖面圖；圖三(a)、(b)分別表示1片式和2片式的透射式的光輻射變換器件的工作示意圖；圖四表示反射式光輻射變換器件的工作示意圖；在圖3(a)中，1為雷射束，2為光輻射變換器；在圖3(b)中，為兩片光輻射變換器，其中2、3均為變換器的基片；在圖四中1、1』分別表示入射和反射雷射束，2為光輻射變換器。
實施例1在用雷射表面淬火時在加熱時間一致性的情況下，為達到淬硬深度的均勻性，以能量分布周邊略高於中間的方式長方形光斑最為理想，可採用由波長為10.6微米的砷化鎵透光材料製成的基片，在其一表面刻蝕有矩形臺階分布的本實用新型的光輻射變換器，其結果將雷射器輸出的園形光斑換為長方形光斑，達到予期的加工要求。
實施例2在雷射焊接中，要求雷射器的輸出模式為基模或低階模，即要求能量分布為高斯型。可採用波長為10.6微米的砷化鎵透光材料製成的基片，在其一個表面上刻蝕有園環形臺階分布的本實用新型的光輻射變換器，即可將雷射器輸出的多模光變換成高斯分布的基模光。
權利要求1.一種大功率雷射加工用光輻射變換器件，其特徵在於所述器件是由透光的長波長的半導體材料製成的基片，並在其一個表面上經過蝕刻產生有二個或多個深度等級的矩形臺階或園環形臺階狀分布構造，使光通過所述臺階狀表面形成衍射，以改變光束的形狀或能量分布。
2.如權利要求1所述的器件，其特徵在於可在所述器件的基片兩個平行的表面上均可經蝕刻產生二個或多個深度等級的矩形臺階或園環形臺階狀分布構造。
3.如權利要求1所述的器件，其特徵在於所述器件可以用兩片蝕刻有矩形臺階狀分布構造的基片構成。
4.如權利要求1所述的器件，其特徵在於所述基片可用鍺、砷化鎵或錫化鋅製成。
5.如權利要求1或4所述的器件，其特徵在於所述基片可以採用由鉬，銅、鋁、鋅、鉻等材料，並在其表面鍍一層高反射率的金屬材料如金、銀、鉻或鋁。
6.如權利要求1或4所述的器件，其特徵在於所述透光的半導體材料的波長為10.6左右。
專利摘要本實用新型屬於用雷射束加工系統中的光輻射變換器，該器件由透光的長波長(光波長為10.6微米左右)的半導體材料如鍺、砷化鎵、錫化鋅等製成，在該器件的基片的一面或二面經蝕刻產生二個或多個深度等級的矩形或圓環形臺階分布，該裝置可由單片或二片類似的器件基片構成，工作方式為透射式或反射式，在光通過這些不同深度的臺階時改變的光程不同，產生了任意所需要的光波陣面，達到了改變光束形狀或光束能量的目的，結構簡單，成本低，並有很高的光學效率。
文檔編號H01S3/10GK2151479SQ93206009
公開日1993年12月29日 申請日期1993年3月18日 優先權日1993年3月18日
發明者龍品 申請人:龍品