一種co2激光器及其外光路傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及激光加工領(lǐng)域，特別涉及一種C02激光器及其外光路傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光由于其高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科 研、國防、工業(yè)等國民生產(chǎn)的重要方面。在工業(yè)領(lǐng)域，激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)，具有高 效、高精度、高質(zhì)量、范圍廣、節(jié)能環(huán)保并能實(shí)現(xiàn)柔性加工和超微細(xì)加工的優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電 子電路、電器、航空航天、鋼鐵冶金、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且在某些行業(yè)(例 如汽車、電子行業(yè)等)已經(jīng)達(dá)到較高的水平。對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化、無污染、 減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
[0003] 激光切割是激光加工中比較常見，應(yīng)用也比較廣泛的一種方式。隨著激光切割在 各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用，各種材料的切割使用到了激光切割方式。隨著工業(yè)的發(fā)展，尤其是電 子產(chǎn)品的小型化，對(duì)于加工材料的切割日漸成為激光切割的主要發(fā)展方向。激光切割需達(dá) 到高精度、準(zhǔn)確、迅速、自動(dòng)化的加工方式。
[0004] C02激光器以C02作為激活介質(zhì)，快速軸流C02激光器的諧振腔由四個(gè)光學(xué)鏡片組 成:輸出窗口，全反射鏡和兩個(gè)折返鏡組成。它們分別固定在兩個(gè)互相平行的剛性端板上。 一方面，四片光學(xué)鏡片具有一定的傾斜角度從而構(gòu)成折疊腔，一方面，構(gòu)成C02激光器諧振 腔的光學(xué)鏡片無法調(diào)節(jié)至理想的平行狀態(tài);另一方面，產(chǎn)生激光的過程，對(duì)氣體分子的溫度 是非常敏感的。當(dāng)輸入功率增加時(shí)，氣體溫度將升高。氣體溫度升高、流動(dòng)速度增大等導(dǎo)致 氣體密度不均勻，從而影響C02激光器輸出激光的穩(wěn)定性。上述兩個(gè)方面都將影響C02激光 器輸出激光束的徑向橫截面的圓度，即橫截面不再是中心對(duì)稱的圓形，而是橢圓形。一般 C02激光器內(nèi)氣體流動(dòng)的方向溫度較低，光斑直徑較小。而垂直于氣體流動(dòng)方向光斑直徑較 大。一般情況下，垂直于激光器底座方向，光斑直徑較大、為橢圓的長(zhǎng)軸。
[0005] 激光束垂直入射時(shí)，材料對(duì)激光的吸收和激光束的偏振狀態(tài)無關(guān)，而當(dāng)激光束傾 斜入射時(shí)，偏振狀態(tài)對(duì)吸收的影響變得非常重要，對(duì)于激光切割，由于激光的吸收面變?yōu)榱?切割縫的前沿，所以激光束不再是垂直入射到吸收面，此時(shí)材料的吸收效率與激光的偏振 狀態(tài)有關(guān)，因此當(dāng)采用線偏振激光加工時(shí)，加工方向的改變將引起吸收效率變化，所以線偏 振光切割時(shí)，光束在不同切割方向上產(chǎn)生的切縫寬度不同，掛渣程度也不同，而采用圓偏振 光切割時(shí)，切割縫寬一致性良好，且無明顯的掛渣現(xiàn)象。但是，現(xiàn)有的C02激光器很難將線偏 振的激光束變?yōu)閳A偏振的激光束，切割時(shí)，掛渣現(xiàn)象明顯。
[0006] 因此，現(xiàn)有的技術(shù)還有待改進(jìn)和提尚。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種C02激光器及其 外光路傳輸系統(tǒng)，可將C02激光器出射的、徑向截面為橢圓的激光束整形成徑向截面為圓形 的激光束，提高了激光束的一致性。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案：
[0009] 一種C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)，包括用于將C02激光器發(fā)出的徑向截面為橢圓 的激光束、整形成徑向截面為圓形激光束的光束整形裝置，所述光束整形裝置包括設(shè)置在 C02激光器出射光的光路上的棱鏡;所述棱鏡的第一側(cè)面與C02激光器的出射光垂直，C02激 光器射出的激光束垂直第一側(cè)面進(jìn)入棱鏡，并在棱鏡的第二側(cè)面發(fā)生折射后射出；所述棱 鏡的主截面與所述橢圓的長(zhǎng)軸平行，所述棱鏡的頂角小于棱鏡的第二側(cè)面發(fā)生全反射的臨 界角。
[0010] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述棱鏡為硒化鋅光楔。
[0011] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述光束整形裝置還包括用于改變C02激 光器射出的激光束的路徑，使激光束垂直入射到所述棱鏡的第一側(cè)面上的激光反射鏡，所 述激光反射鏡可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在所述棱鏡和C02激光器之間的光路上。
[0012] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述棱鏡可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在激光反射鏡反 射光的光路上。
[0013] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述光束整形裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在C02激 光器出射激光的一端。
[0014] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述外光路傳輸系統(tǒng)還包括四分之一波 片，所述四分之一波片設(shè)置在所述光束整形裝置的出射光的光路上，所述四分之一波片的 光軸面與光束整形裝置的出射光的線偏振方向呈45°。
[0015] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述外光路傳輸系統(tǒng)還包括用于將可見 光混入到激光束中的混合光裝置，所述混合光裝置設(shè)置在光束整形裝置與四分之一波片之 間的光路上。
[0016] 所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，所述外光路傳輸系統(tǒng)還包括擴(kuò)束鏡、第一 反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和聚焦鏡;C02激光器射出的激光束，在光束整形裝置中整 形成光斑為圓形的激光束后，與指示光源提供的可見光在合束鏡中混合，并通過擴(kuò)束鏡擴(kuò) 束后，以45°入射角入射到第一反射鏡中，第一反射鏡出射的激光束以45°入射角入射到第 二反射鏡中，第二反射鏡出射的激光束以45°入射角入射到第三反射鏡中，第三反射鏡出射 的激光束經(jīng)過四分之一波片后，經(jīng)聚焦鏡聚焦后，照射到被切割的工件上。
[0017] -種C02激光器，包括如上所述的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)。
[0018] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的一種C02激光器及其外光路傳輸系統(tǒng)，所述外 光路傳輸系統(tǒng)包括光束整形裝置，所述光束整形裝置包括設(shè)置在C02激光器出射光的光路 上的棱鏡;所述棱鏡的第一側(cè)面與C02激光器的出射光垂直，C02激光器射出的、徑向截面為 橢圓的激光束垂直第一側(cè)面進(jìn)入棱鏡，并在棱鏡的第二側(cè)面發(fā)生折射后射出；所述棱鏡的 主截面與所述橢圓的長(zhǎng)軸平行，所述棱鏡的頂角小于棱鏡的第二側(cè)面發(fā)生全反射的臨界 角。即，光斑為橢圓的激光束通過棱鏡后，其長(zhǎng)軸被壓縮，變?yōu)閳A形的光斑，提高了激光束的 一致性，使C02激光器切割材料時(shí)，切割的效果一致。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，激光束通過棱鏡的光路 示意圖。
[0020] 圖2為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，激光束通過光束整形裝 置的光路不意圖。
[0021] 圖3為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，激光束整形前后長(zhǎng)軸長(zhǎng) 度的比值與光楔頂角的對(duì)應(yīng)關(guān)系的示意圖。
[0022] 圖4為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)的俯視圖。
[0023] 圖5為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)的立體圖。
[0024] 圖6為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)中，光束整形裝置的結(jié)構(gòu) 圖。
[0025] 圖7為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸系統(tǒng)的光路示意圖。
[0026] 圖8為本實(shí)用新型提供的C02激光器的外光路傳輸方法的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
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