本發(fā)明涉及光束變換技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種光束變換裝置及激光裝置。

背景技術(shù)：

在微電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，人們越來越多地使用各種光束，尤其是激光束作為刻刀，來解決微芯片制造、光盤存儲器、微型編碼器的制作、激光標(biāo)記標(biāo)刻等有關(guān)精細(xì)加工問題。

目前在相關(guān)工廠的生產(chǎn)線上廣泛使用的是temoo單模激光束，但是，因為該激光束遵循的是高斯分布特性，激光束的中心強(qiáng)度高而邊緣強(qiáng)度弱，且能量發(fā)散，從而使得被刻劃的線條、文字、圖案的輪廓不清、邊緣模糊，滿足不了超精微加工的特殊要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光束變換裝置及激光裝置，以緩解了現(xiàn)有激光的能量分布不合理，激光束的中心強(qiáng)度高而邊緣強(qiáng)度弱，且能量發(fā)散的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供的光束變換裝置，包括準(zhǔn)直組件和光束變換單元，所述準(zhǔn)直組件用于形成平行光束，所述平行光束經(jīng)過所述光束變換單元后的輸出光束的橫截面為環(huán)形；

所述光束變換單元包括依次設(shè)置的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件，所述第一光學(xué)元件包括第一面和第二面，所述第二面為向所述第一光學(xué)元件內(nèi)凹的圓錐面；所述第一光學(xué)元件用于將平行入射光變?yōu)榘l(fā)散的出射光，所述發(fā)散的出射光照射在第二光學(xué)元件的入射面，且照射在所述第二光學(xué)元件入射面上的各位置的光束的入射角相同；

所述第二光學(xué)元件包括第三面和第四面，所述第四面與所述第一面平行，所述第三面為背向所述第四面向外凸出的圓錐面，第二光學(xué)元件用于將進(jìn)入第二光學(xué)元件內(nèi)的光束變?yōu)槠叫械某錾涔狻?/p>

進(jìn)一步的，所述第一光學(xué)元件的第二面與所述第二光學(xué)元件的第三面或者第四面相對；

或者，所述第一光學(xué)元件的第一面與所述第二光學(xué)元件的第三面或者第四面相對。

進(jìn)一步的，所述光束變換裝置包括殼體，所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件分別活動連接于所述殼體內(nèi)，以使所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件之間的距離可調(diào)，用來調(diào)整從所述第二光學(xué)元件射出的輸出光的焦深。

進(jìn)一步的，所述殼體內(nèi)部間隔設(shè)置有多個插槽，且多個所述插槽沿所述光軸方向設(shè)置，所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件可選擇的插接在所述插槽內(nèi)，以使所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件之間的距離可調(diào)。

進(jìn)一步的，所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件均包括邊框，所述邊框上設(shè)置有向外凸出的提拉部，用于將所述第一光學(xué)元件與第二光學(xué)元件推入或者拉出所述插槽。

進(jìn)一步的，所述殼體內(nèi)設(shè)置有滑槽，所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件分別與所述滑槽滑動連接，以使所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件之間的距離可調(diào)。

進(jìn)一步的，所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件均包括邊框，所述邊框包括連接桿；所述滑槽的橫截面為“t”形，所述連接桿包括棱柱段，所述棱柱段的橫截面為棱形，所述棱柱段與所述滑槽滑動連接，用于阻止連接桿以自身中軸線為轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步的，所述連接桿包括圓柱段，所述圓柱段的外端露出所述殼體，向所述殼體內(nèi)推動所述圓柱段，用于將所述棱柱段推離所述滑槽，以使所述連接桿以自身中軸線為轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動

進(jìn)一步的，所述圓柱段上轉(zhuǎn)動連接有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母擰緊后，用于防止所述連接桿與滑槽發(fā)生相對滑動。

本發(fā)明提供的激光裝置，包括光纖連接器、透鏡組和上述的光束變換裝置，所述透鏡組用于調(diào)整及準(zhǔn)直從所述光纖連接器射出的光束。

本發(fā)明提供的光束變換裝置，包括準(zhǔn)直組件和光束變換單元，光源經(jīng)過準(zhǔn)直組件可以形成平行光束，光束變換單元可以將平行光束轉(zhuǎn)變?yōu)闄M截面為環(huán)形的環(huán)形光束。所述光束變換單元包括依次設(shè)置的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件，所述第一光學(xué)元件包括第一面和第二面，所述第二面為向所述第一光學(xué)元件內(nèi)凹的圓錐面；經(jīng)過第一光學(xué)元件后的出射光為發(fā)散的，所述發(fā)散的出射光可以照射在第二光學(xué)元件的入射面，且照射在所述第二光學(xué)元件入射面上的各位置的光束的入射角相同。第二光學(xué)元件包括第三面和第四面，所述第四面與所述第一面平行，所述第三面為背向所述第四面向外凸出的圓錐面，從第一光學(xué)元件射出的發(fā)散光進(jìn)入到第二光學(xué)元件后，射出的光束可以變?yōu)槠叫械某錾涔?。平行光束?jīng)過光束變換單元，將發(fā)生連續(xù)的折射，光束經(jīng)過第一光學(xué)元件的第二面將向外發(fā)生折射，且位于光束中心位置的光將向外側(cè)擴(kuò)散，隨后進(jìn)入到第二光學(xué)元件，再次經(jīng)過第三面的折射作用，最后從第二光學(xué)元件輸出的光的橫截面為環(huán)形。環(huán)形光束能量更加集中，對加工來說，刻的更細(xì)，刻的更深。所以利用本發(fā)明提供的光束變換裝置輸出后的光束進(jìn)行雕刻，得到的線條、文字、圖案的輪廓、邊緣清楚。

本發(fā)明提供的激光裝置，包括光纖連接器和上述的光束變換裝置，以及透鏡組。光纖連接器發(fā)射的激光經(jīng)過透鏡組后形成平行光束，平行光束經(jīng)過光束變換裝置，將發(fā)生連續(xù)的折射，光束經(jīng)過第一光學(xué)元件的第二面將向外發(fā)生折射，且光束中心位置的光將向外側(cè)擴(kuò)散，隨后進(jìn)入到第二光學(xué)元件，再次經(jīng)過第三面的折射作用，最后從第二光學(xué)元件輸出的光的橫截面為環(huán)形，環(huán)形光束能量更加集中，對加工來說，刻的更細(xì)，刻的更深。激光裝置輸出后的光束進(jìn)行雕刻，得到的線條、文字、圖案的輪廓、邊緣清楚。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1提供的光束變換裝置的一種光路原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例1提供的光束變換裝置的另一種光路原理圖；

圖3為本發(fā)明實施例1提供的光束變換裝置的再一種光路原理圖；

圖4為本發(fā)明實施例1提供的光束變換裝置的又一種光路原理圖；

圖5為發(fā)明實施例1提供的光束變換裝置俯視方向的剖視圖；

圖6為發(fā)明實施例2提供的光束變換裝置的示意圖；

圖7為發(fā)明實施例2提供的光束變換裝置的邊框的示意圖；

圖8為發(fā)明實施例2提供的光束變換裝置的截面圖。

圖標(biāo)：100-準(zhǔn)直組件；200-第一光學(xué)元件；210-第一面；220-第二面；300-第二光學(xué)元件；310-第三面；320-第四面；400-聚焦透鏡；500-插槽；600-提拉部；700-滑槽；810-棱柱段；820-圓柱段；900-鎖緊螺母。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，如出現(xiàn)術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等，其指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，如出現(xiàn)術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

本發(fā)明提供了一種光束變換裝置，下面給出多個實施例對本發(fā)明提供的光束變換裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。

實施例1

本發(fā)明提供的光束變換裝置，包括準(zhǔn)直組件100和光束變換單元，光源經(jīng)過準(zhǔn)直組件100可以形成平行光束，光束變換單元可以將平行光束轉(zhuǎn)變?yōu)闄M截面為環(huán)形的環(huán)形光束。所述光束變換單元包括依次設(shè)置的第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300，所述第一光學(xué)元件200包括第一面210和第二面220，所述第二面220為向所述第一光學(xué)元件200內(nèi)凹的圓錐面；經(jīng)過第一光學(xué)元件200后的出射光為發(fā)散的，所述發(fā)散的出射光可以照射在第二光學(xué)元件300的入射面，且照射在所述第二光學(xué)元件300入射面上的各位置的光束的入射角相同。第二光學(xué)元件300包括第三面310和第四面320，所述第四面320與所述第一面210平行，所述第三面310為背向所述第四面320向外凸出的圓錐面，從第一光學(xué)元件200射出的發(fā)散光進(jìn)入到第二光學(xué)元件300后，射出的光束可以變?yōu)槠叫械某錾涔?。平行光束?jīng)過光束變換單元，將發(fā)生連續(xù)的折射，光束經(jīng)過第一光學(xué)元件200的第二面220將向外發(fā)生折射，且位于光束中心位置的光將向外側(cè)擴(kuò)散，隨后進(jìn)入到第二光學(xué)元件300，再次經(jīng)過第三面310的折射作用，最后從第二光學(xué)元件300輸出的光的橫截面為環(huán)形。環(huán)形光束能量更加集中，對加工來說，刻的更細(xì)，刻的更深。所以利用本發(fā)明提供的光束變換裝置輸出后的光束進(jìn)行雕刻，得到的線條、文字、圖案的輪廓、邊緣清楚。

所述準(zhǔn)直組件100可以由多個透鏡組成，用于形成平行光束，例如，準(zhǔn)直組件100包括一個凹透鏡和一個凸透鏡，沿輸入光的傳播方向，依次為凹透鏡、凸透鏡，凹透鏡可以起到擴(kuò)束的作用，而凸透鏡可以形成平行光束。

所述光束變換裝置可以包括聚焦透鏡400，聚焦透鏡400設(shè)置于光束變換單元后，可以將環(huán)形光束匯聚，使得輸出光能量更加集中。

如圖1-4，第一光學(xué)元件200的第二面220與所述第二光學(xué)元件300的第三面310或者第四面320相對；或者，所述第一光學(xué)元件200的第一面210與所述第二光學(xué)元件300的第三面310或者第四面320相對。也就是說，從準(zhǔn)直組件100輸出的平行光束可以從第一面210射入，第二面220射入，也可以從第二面220射入，第一面210射出；同樣的，經(jīng)過第一光學(xué)元件200的光束可以從第三面310射入，地四面射出，也可以從第四面320射入，第三面310射入。一共可以分為四種情況，這四種情況均可以產(chǎn)生環(huán)形光束。

第二面220的母線與第一面210所成的角度為α，第三面310的母線與第四面320的夾角為β，第一光學(xué)元件200的折射率為n，第二光學(xué)元件300的折射率為m。α、β、n、m滿足一定的條件，則出射光可以為平行于光軸的光。

如圖1所示，當(dāng)平行光束依次通過第一面210、第二面220、第三面310和第四面320時，α、β、n、m需要滿足的條件是：

[α-arcsin(nsinα)]+[arcsin(msinβ)-β]＝0

如圖2所示，當(dāng)平行光束依次通過第二面220、第一面210、第三面310和第四面320時，α、β、n、m需要滿足的條件是：

如圖3所示，當(dāng)平行光束依次通過第一面210、第二面220、第四面320和第三面310時，α、β、n、m需要滿足的條件是：

如圖4所示，當(dāng)平行光束依次通過第二面220、第一面210、第四面320和第三面310時，α、β、n、m需要滿足的條件是：

這時出射的環(huán)形光與平行光束平行，出射光照射在聚焦透鏡400，可以形成匯聚光束。

具體的，如圖5所述，所述光束變換裝置可以包括殼體，所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300分別活動連接于所述殼體內(nèi)，可以使所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離可調(diào)，從而可以改變輸出光的焦深，這樣在加工的時候，比如切割厚的材料，需要焦深比較長，薄的材料，需要焦深比較短。通過改變第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離，可以改變射出的光束的光斑和焦深的大小，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離減小，出射光的光斑變小焦深變大；當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離增大，出射光的光斑變大焦深變小。從而可以通過調(diào)節(jié)第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離對光束變換裝置進(jìn)行調(diào)試，從而找到最適合加工的配置。

進(jìn)一步的，所述殼體內(nèi)部間隔設(shè)置有多個插槽500，且多個所述插槽500沿所述光軸方向設(shè)置，所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300可選擇的插接在所述插槽500內(nèi)，以使所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離可調(diào)。從而可以改變輸出光的焦深，這樣在加工的時候，比如切割厚的材料，需要焦深比較長，薄的材料，需要焦深比較短。

所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300均可以包括邊框，所述邊框上可以設(shè)置有向外凸出的提拉部600，通過提拉部600可以非常方便地將第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300插入或者拔出插槽500，從而避免手碰觸到鏡面。

實施例2

如圖6所述，與實施例1不同之處在于，所述殼體的內(nèi)部設(shè)置有滑槽700，所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300分別與所述滑槽700滑動連接，第一面210和第三面310與滑動方向垂直，滑動第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300可以使所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300之間的距離可調(diào)。

進(jìn)一步的，如圖7-8所示，所述第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300均包括邊框，所述邊框包括連接桿，連接桿用于與滑槽700連接。所述滑槽700的橫截面為“t”形，所述連接桿包括棱柱段810，所述棱柱段810的橫截面為棱形，例如為正方形或長方形，當(dāng)棱柱段810固定于滑槽700內(nèi)時，棱柱段810將與滑槽700側(cè)壁相抵，可以防止連接桿轉(zhuǎn)動，從而避免在滑動過程中光路發(fā)生偏離。

所述連接桿包括圓柱段820，所述圓柱段820的外端露出所述殼體，以第一光學(xué)元件200為例，向所述殼體內(nèi)推動所述圓柱段820，可以將所述棱柱段810推離所述滑槽700，限制解除后，可以將第一光學(xué)元件200轉(zhuǎn)動180°，然后向下拉動圓柱段820，使棱柱段810再次固定于滑槽700內(nèi)。這樣可以改變第一光學(xué)元件200和/或第二光學(xué)元件300的朝向，從而方便了對光束變換裝置的調(diào)試。

進(jìn)一步的，所述圓柱段820上轉(zhuǎn)動連接有鎖緊螺母900，所述鎖緊螺母900擰緊后抵住外殼下部，用于防止所述連接桿與滑槽700發(fā)生相對滑動。

綜上所述，本發(fā)明提供的光束變換裝置，包括準(zhǔn)直組件100和光束變換單元，光源經(jīng)過準(zhǔn)直組件100可以形成平行光束，光束變換單元可以將平行光束轉(zhuǎn)變?yōu)闄M截面為環(huán)形的環(huán)形光束。所述光束變換單元包括依次設(shè)置的第一光學(xué)元件200和第二光學(xué)元件300，所述第一光學(xué)元件200包括第一面210和第二面220，所述第二面220為向所述第一光學(xué)元件200內(nèi)凹的圓錐面；經(jīng)過第一光學(xué)元件200后的出射光為發(fā)散的，所述發(fā)散的出射光可以照射在第二光學(xué)元件300的入射面，且照射在所述第二光學(xué)元件300入射面上的各位置的光束的入射角相同。第二光學(xué)元件300包括第三面310和第四面320，所述第四面320與所述第一面210平行，所述第三面310為背向所述第四面320向外凸出的圓錐面，從第一光學(xué)元件200射出的發(fā)散光進(jìn)入到第二光學(xué)元件300后，射出的光束可以變?yōu)槠叫械某錾涔?。平行光束?jīng)過光束變換單元，將發(fā)生連續(xù)的折射，光束經(jīng)過第一光學(xué)元件200的第二面220將向外發(fā)生折射，且位于光束中心位置的光將向外側(cè)擴(kuò)散，隨后進(jìn)入到第二光學(xué)元件300，再次經(jīng)過第三面310的折射作用，最后從第二光學(xué)元件300輸出的光的橫截面為環(huán)形。環(huán)形光束能量更加集中，對加工來說，刻的更細(xì)，刻的更深。所以利用本發(fā)明提供的光束變換裝置輸出后的光束進(jìn)行雕刻，得到的線條、文字、圖案的輪廓、邊緣清楚。

本發(fā)明提供的激光裝置，包括光纖連接器和上述的光束變換裝置，以及透鏡組。光纖連接器發(fā)射的激光經(jīng)過準(zhǔn)直組件100后形成平行光束，平行光束經(jīng)過光束變換單元，將發(fā)生連續(xù)的折射，光束經(jīng)過第一光學(xué)元件200的第二面220將向外發(fā)生折射，且光束中心位置的光將向外側(cè)擴(kuò)散，隨后進(jìn)入到第二光學(xué)元件300，再次經(jīng)過第三面310的折射作用，最后從第二光學(xué)元件300輸出的光的橫截面為環(huán)形，透鏡組用于調(diào)整及準(zhǔn)直從所述光束變換裝置射出的光束，環(huán)形光束能量更加集中，對加工來說，刻的更細(xì)，刻的更深。激光裝置輸出后的光束進(jìn)行雕刻，得到的線條、文字、圖案的輪廓、邊緣清楚。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。