腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】一種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，包括：雙折射晶體，激光分解為第一P偏振光及S偏振光。半波片，其主截面與Ｓ偏振光的振動(dòng)面之間的夾角為45度，S偏振光經(jīng)半波片變?yōu)榈诙偏振光。合束整形模塊，第一P偏振光及第二P偏振光整形成一束P偏振光束。布魯斯特雙軸錐體，P偏振光束以布魯斯特角入射到圓錐的一個(gè)錐面上，形成徑向偏振光束。雙折射晶體、合束整形模塊及布魯斯特雙軸錐體的光軸位于同一直線上。上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本較低，有了利用徑向偏振光的推廣應(yīng)用。還提供一種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器。
【專利說(shuō)明】腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種腔外激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，特別是涉及一種腔外徑向偏振機(jī)關(guān)轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割技術(shù)是將能量聚焦到微小的空間，焦點(diǎn)處達(dá)到很高的能量密度，這時(shí)激光輸出的熱量遠(yuǎn)大于被材料反射、傳導(dǎo)的部分，材料很快被加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割是應(yīng)用最廣泛的一種激光加工方法。激光切割可以加工各種金屬、非金屬、復(fù)合材料、硬質(zhì)材料等。激光切割質(zhì)量的評(píng)價(jià)主要有:切割面粗糙度、切縫寬度、切口錐度三個(gè)參量。
[0003]由于徑向偏振激光束的偏振方向有著完美的軸對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)，因此徑向偏振光使得激光切割的縫隙不會(huì)隨切割軌跡的變化而變化，相比線偏振光切割的效果，徑向偏振光聚焦之后能夠有效地改善和提高工件激光切縫的質(zhì)量。將在整個(gè)外光路傳導(dǎo)過(guò)程中的激光束對(duì)其偏振狀態(tài)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化成徑向偏振激光光束，對(duì)于改善和提高工件激光切縫質(zhì)量有著非常重要的意義。對(duì)于現(xiàn)有的激光器進(jìn)行腔內(nèi)改造設(shè)計(jì)產(chǎn)生徑向偏振光是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工程，對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的在腔內(nèi)產(chǎn)生徑向偏振光的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且價(jià)格昂貴，不利于徑向偏振光的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)。
[0005]—種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，用于將激光轉(zhuǎn)換為徑向偏振光，包括:
[0006]雙折射晶體，可設(shè)于所述激光的傳播方向上，所述雙折射晶體使所述激光分解為第一 P偏振光及S偏振光；
[0007]半波片，設(shè)于所述雙折射晶體的出光口的一側(cè)，且所述半波片設(shè)于所述S偏振光的傳播方向上，所述半波片的主截面與所述S偏振光的振動(dòng)面之間的夾角為45度，所述半波片使所述S偏振光變?yōu)榈诙?P偏振光；
[0008]合束整形模塊，設(shè)于所述半波片遠(yuǎn)離所述雙折射晶體的一側(cè)，所述第一 P偏振光及所述第二 P偏振光從所述合束整形模塊的一側(cè)射入，所述合束整形模塊使所述第一 P偏振光及所述第二 P偏振光整形成一束P偏振光束；及
[0009]布魯斯特雙軸錐體，設(shè)于所述合束整形模塊遠(yuǎn)離所述半波片的一側(cè)，所述布魯斯特雙軸錐體包括兩個(gè)圓錐，兩個(gè)所述圓錐的底面相對(duì)，所述P偏振光束以布魯斯特角入射到所述圓錐的一個(gè)錐面上，經(jīng)所述布魯斯特雙軸錐體，從另一個(gè)所述圓錐的錐面上透射出，形成徑向偏振光束；
[0010]其中，所述雙折射晶體、所述合束整形模塊及所述布魯斯特雙軸錐體的光軸位于同一直線上。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括擴(kuò)束模塊，所述擴(kuò)束模塊位于所述合束整形模塊與所述布魯斯特雙軸錐體之間，所述擴(kuò)束模塊設(shè)于所述合束整形模塊遠(yuǎn)離所述半波片的一側(cè)，所述P偏振光束從所述擴(kuò)束模塊的一側(cè)射入，所述擴(kuò)束模塊對(duì)所述P偏振光束擴(kuò)束，所述被擴(kuò)束的P偏振光束以布魯斯特角入射到所述圓錐的一個(gè)錐面上，經(jīng)所述布魯斯特雙軸錐體，形成徑向偏振光束，所述擴(kuò)束模塊與所述雙折射晶體、所述合束整形模塊及所述布魯斯特雙軸錐體的光軸位于同一直線上。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述合束整形模塊包括平凸透鏡及平凹透鏡，所述平凸透鏡的焦點(diǎn)與所述平凹透鏡的焦點(diǎn)重合，且所述平凸透鏡與平凹透鏡重合的焦點(diǎn)位于所述平凸透鏡及所述平凹透鏡之間。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述平凸透鏡的焦距為100mm，厚度為3mm，所述平凹透鏡的焦距為20mm，厚度為3mm，所述平凸透鏡與所述平凹透鏡之間的距離為117mm。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述擴(kuò)束模塊包括凹透鏡及凸透鏡，所述凹透鏡的焦點(diǎn)與所述凸透鏡的焦點(diǎn)重合，且所述凸透鏡與凹透鏡重合的焦點(diǎn)位于所述凹透鏡遠(yuǎn)離所述凸透鏡的一側(cè)。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述凹透鏡的焦距為20mm，厚度為3mm，所述凸透鏡的焦距為100mm,厚度為3mm,所述凹透鏡與所述凸透鏡的距離為77mm。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述布魯斯特雙軸錐體的兩個(gè)錐體之間設(shè)有柱體，所述柱體的底面及頂面分別為兩個(gè)所述錐體相對(duì)的兩個(gè)底面。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述布魯斯特雙軸錐體的材料為熔融石英。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述布魯斯特雙軸錐體的錐面上設(shè)有高透膜層。
[0019]還提供一種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器。
[0020]—種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器，包括:
[0021]上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)；
[0022]多個(gè)安裝座，每個(gè)所述安裝座為環(huán)形的密封腔體，所述安裝座開(kāi)設(shè)有收容部，所述安裝座設(shè)有進(jìn)水管及出水管，多個(gè)所述安裝座并列設(shè)置，形成一收容腔，所述收容腔用于收容所述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，所述進(jìn)水管及出水管用于對(duì)所述安裝座注入循環(huán)水，以冷卻所述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)。
[0023]上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其光學(xué)元件為大多為透鏡，制作成本較低，有了利用徑向偏振光的推廣應(yīng)用。
[0024]上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器中，徑向偏振激光切縫比線偏振、圓偏振激光的切縫更細(xì)，切割縫隙的斷面效果更佳，毛刺更少，切割斷面更光亮。另外，由于徑向偏振激光束的偏振方向有著完美的軸對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)，因此徑向偏振光使得激光切割的縫隙不會(huì)隨切割軌跡的變化而變化，相比線偏振光切割的效果，徑向偏振光聚焦之后能夠有效地改善和提高工件激光切縫的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為一實(shí)施方式的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖；
[0026]圖2為圖1所示的布魯斯特雙軸錐體的立體圖；
[0027]圖3為一實(shí)施方式的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器的立體圖；
[0028]圖4為圖3所示的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器的爆炸圖；[0029]圖5為圖3所示的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容理解的更加透徹全面。
[0031]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。
[0032]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0033]請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施方式的一種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)100,用于將激光10轉(zhuǎn)換為徑向偏振光20。腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)包括雙折射晶體110、半波片120、合束整形模塊130、擴(kuò)束模塊140及布魯斯特雙軸錐體150。
[0034]雙折射晶體110設(shè)于激光10的傳播方向上，激光10從雙折射晶體110的一側(cè)射入，經(jīng)雙折射晶體110分解為第一 P偏振光11及S偏振光12。S偏振光是指偏振方向與入射面垂直的偏振光。第一 P偏振光11是指偏振方向與入射面平行的偏振光。激光10從雙折射晶體110的光軸的下方射入。第一 P偏振光11經(jīng)雙折射晶體Iio折射,第一 P偏振光11位于雙折射晶體Iio的光軸上方傳播。S偏振光12仍然沿原來(lái)的傳播方向，S偏振光12在雙折射晶體110光軸的下方傳播。
[0035]半波片120設(shè)于雙折射晶體110出光口的一側(cè),且設(shè)于S偏振光12的傳播方向上。半波片120的主截面與S偏振光12的振動(dòng)面之間的夾角為45度。則S偏振光12經(jīng)半波片120，經(jīng)半波片120旋轉(zhuǎn)90度，即S偏振光12變?yōu)榈诙?P偏振光13。具體地，半波片120與激光10相對(duì)設(shè)置。即，只有沿原來(lái)傳播方向的S偏振光12照射在半波片120上。第二P偏振光13是指偏振方向與入射面平行的偏振光。
[0036]合束整形模塊130設(shè)于半波片120遠(yuǎn)離雙折射晶體110的一側(cè)。第一 P偏振光11及第二 P偏振光13從合束整形模塊130的一側(cè)射入。經(jīng)合束整形模塊130,第一 P偏振光11及第二 P偏振光13整形成一束P偏振光束14。第一 P偏振光11位于光軸的上方,第二P偏振光13位于光軸的下方。第一 P偏振光11及第二 P偏振光13經(jīng)合束整形模塊130整形后，P偏振光束14沿合束整形模塊130的光軸傳播。
[0037]具體在本實(shí)施方式中，合束整形模塊130包括平凸透鏡131及平凹透鏡133。平凸透鏡131的焦點(diǎn)與平凹透鏡133的焦點(diǎn)重合，且平凸透鏡131的焦點(diǎn)與平凹透鏡133的焦點(diǎn)位于平凸透鏡131及平凹透鏡133之間。平凸透鏡131第一 P偏振光11及第二 P偏振光13進(jìn)行會(huì)聚，并會(huì)聚到焦點(diǎn)處。第一 P偏振光11及第二 P偏振光13經(jīng)平凹透鏡133的發(fā)散作用，形成P偏振光束14。平凸透鏡131的焦距為100mm，厚度為3mm。平凹透鏡133的焦距為20mm，厚度為3mm。平凸透鏡131與平凹透鏡133之間的距離為117mm。
[0038]擴(kuò)束模塊140設(shè)于合束整形模塊130遠(yuǎn)離半波片120的一側(cè)。P偏振光束14從擴(kuò)束模塊140的一側(cè)射入，經(jīng)擴(kuò)束模塊140擴(kuò)束。
[0039]擴(kuò)束模塊140其功能是減小光束的發(fā)散角，擴(kuò)束倍數(shù)越高，其激光光束的發(fā)散角越小，越能使光束平行傳播。擴(kuò)束倍數(shù)越高越好，P偏振光束14越能平行入射布魯斯特錐面，即P偏振光束14在錐面上的反射越小。擴(kuò)束模塊140在減小光束發(fā)散角時(shí)，會(huì)使光束擴(kuò)大。
[0040]具體在本實(shí)施方式中，擴(kuò)束模塊140的擴(kuò)束倍數(shù)為5倍時(shí)，對(duì)于擴(kuò)束模塊140，凹透鏡的焦距為20臟，厚度為3mm。凸透鏡42的焦距為100mm，厚度為3mm。凹透鏡與凸透鏡的距離為77_。
[0041]具體在本實(shí)施方式中，擴(kuò)束模塊140包括凹透鏡141及凸透鏡143。凹透鏡141的焦點(diǎn)與凸透鏡143的焦點(diǎn)重合。凸透鏡143與凹透鏡141重合的焦點(diǎn)位于凹透鏡141遠(yuǎn)離凸透鏡143的一側(cè)。凹透鏡141的焦距為20mm，厚度為3_。凸透鏡143的焦距為100mm，厚度為3_。凹透鏡141與凸透鏡143的距離為77_。
[0042]請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，布魯斯特雙軸錐體150設(shè)于擴(kuò)束模塊140遠(yuǎn)離合束整形模塊130的一側(cè)。布魯斯特雙軸錐體150包括兩個(gè)圓錐151，兩個(gè)圓錐151的底面相對(duì)。被擴(kuò)束的P偏振光束以布魯斯特角入射到一個(gè)圓錐151的錐面上，經(jīng)布魯斯特雙軸錐體150，從另一圓錐151的錐面上透射出，形成徑向偏振光束20。
[0043]當(dāng)P偏振光束14偏離布魯斯特角時(shí)，在圓錐151的錐面上會(huì)有部分P偏振光在錐面上反射。偏離布魯斯特角越大，P偏振光束14反射越多。只有平行入射時(shí)，才會(huì)以布魯斯特角入射到錐面上，P偏振光在錐面上不會(huì)有反射發(fā)生，錐面只反射S偏振光12。具體在本實(shí)施方式中，由于入射光束為P偏振光束14,因此在錐面上不發(fā)生光的反射，P偏振光束14全部透射通過(guò)布魯斯特雙軸錐體150。由于布魯斯特雙軸錐體150為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過(guò)布魯斯特雙軸錐體150之后會(huì)形成軸對(duì)稱的徑向偏振光束20。
[0044]擴(kuò)束模塊140的擴(kuò)束倍數(shù)會(huì)影響徑向偏振光束20的粗細(xì)和聚焦光斑直徑的大小?？紤]工業(yè)激光加工系統(tǒng)必須使用切割頭的實(shí)際情況，該光束的放大倍數(shù)會(huì)受限于切割頭的聚焦透鏡尺寸的大小。具體在本實(shí)施方式中，通用切割頭的聚焦透鏡的直徑為I英寸，即25.4mm。擴(kuò)束倍數(shù)為5倍時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中的精密切割機(jī)的徑向偏振切割效果最佳。如果是激光切割定制產(chǎn)品，其聚焦透鏡為2英寸(即50.8mm)或3英寸(即76.2mm)，其擴(kuò)束倍數(shù)相應(yīng)地增大至10倍或15倍，此舉亦是本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0045]布魯斯特雙軸錐體150的兩個(gè)錐體之間設(shè)有柱體152，柱體152的底面及頂面分別為兩個(gè)圓錐151的底面。布魯斯特雙軸錐體150的材料為熔融石英。熔融石英的折射率跟透過(guò)其光的波長(zhǎng)有關(guān)。
[0046]具體在本實(shí)施方式中，激光器(圖未示)為碟片激光器，其發(fā)射出來(lái)的激光波長(zhǎng)為1030nm，熔融石英在波長(zhǎng)為1030nm下的折射率為1.45004。根據(jù)布魯斯特角的光學(xué)計(jì)算公式，則波長(zhǎng)為1030nm的光束入射熔融石英界面的布魯斯特角分別為55.4085度。
[0047]平行光以布魯斯特角55.4085度入射到布魯斯特雙軸錐體150時(shí)，根據(jù)幾何角度的關(guān)系，布魯斯特雙軸錐體150的錐面底角為55.4085度，則頂角為69.1830度。
[0048]在其他實(shí)施方式中，激光器為Nd =YAG激光器。Nd =YAG激光器以摻有一定量釹離子(Nd3+)的釔鋁石榴石(YAG)晶體為工作物質(zhì)的激光器，稱為摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器。Nd:YAG激光器發(fā)射出來(lái)的激光波長(zhǎng)為1064nm，熔融石英在波長(zhǎng)為1064nm下的折射率為1.44963。根據(jù)布魯斯特角的光學(xué)計(jì)算公式，則波長(zhǎng)為1064nm的光束入射熔融石英界面的布魯斯特角分別為55.4009度。相應(yīng)地，則布魯斯特雙軸錐體150的錐面底角為55.4009度，則頂角為69.1072度。
[0049]可以理解，激光器為還可以為光纖激光器，其發(fā)射出來(lái)的激光波長(zhǎng)為1070nm，熔融石英在波長(zhǎng)為1070nm下的折射率為1.44956。根據(jù)布魯斯特角的光學(xué)計(jì)算公式，則波長(zhǎng)為1070nm的光束入射熔融石英界面的布魯斯特角分別為55.3996度。相應(yīng)地，則布魯斯特雙軸錐體150的錐面底角為55.3996度，則頂角為69.2008度。
[0050]布魯斯特雙軸錐體150的錐面上設(shè)有高透膜層。為盡可能地減小光子在布魯斯特雙軸錐體150的錐面上反射造成的光損耗。具體在本實(shí)施方式中，在布魯斯特雙軸錐體150的錐面上設(shè)有增透膜。增透膜的透過(guò)率> 99.8%，以保證P偏振光束14穿過(guò)布魯斯特雙軸錐體150的透過(guò)率，提高P偏振光束的利用率。其中，雙折射晶體110、合束整形模塊130、擴(kuò)束模塊140及布魯斯特雙軸錐體150的光軸位于同一直線上。保證光束沿最短直線距離進(jìn)行傳播，減少光束在傳播過(guò)程中的能量損耗。
[0051]還提供一種含有上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器。請(qǐng)參閱圖3及圖4、一實(shí)施方式的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200包括上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)100、第一安裝座210、入射窗口 201、第二安裝座220、第三安裝座230及第四安裝座240。第一安裝座210、第二安裝座220、第三安裝座230及第四安裝座240并列設(shè)置，形成一收容腔。收容腔用于收容腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)100。
[0052]請(qǐng)同時(shí)參閱圖5，第一安裝座210為環(huán)形的密封腔體。第一安裝座210開(kāi)設(shè)有第一收容部211。第一收容部211的形狀與雙折射晶體110的形狀相匹配，第一收容部211用于收容雙折射晶體110。第一安裝座210設(shè)有第一進(jìn)水管213及第一出水管214，第一安裝座210用于冷卻雙折射晶體110。避免雙折射晶體110吸收激光能量之后會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，出現(xiàn)開(kāi)裂、受熱炸裂現(xiàn)象的發(fā)生，增強(qiáng)腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200的安全性。
[0053]具體在本實(shí)施方式中，第一收容部211的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有臺(tái)階部212。臺(tái)階部212用于收容半波片120。臺(tái)階部212使半波片120固定收容在第一收容部211內(nèi)。具體地，腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200還包括半波片固定座215。半波片固定座215為扇形。半波片固定座215的中部開(kāi)設(shè)有收容槽216。收容槽216的橫截面與半波片120的橫截面相同。半波片120可收容于收容槽216內(nèi)。收容槽216的一側(cè)側(cè)壁上設(shè)有折邊(圖未標(biāo))。折邊朝向收容槽216的內(nèi)部彎折。半波片120的側(cè)壁可與折邊相抵接，半波片120限位于收容槽216內(nèi)。半波片固定座215收容與臺(tái)階部212內(nèi)。并且，臺(tái)階部212與半波片固定座215上均設(shè)有螺孔，則半波片固定座215與臺(tái)階部212通過(guò)螺栓固定連接。
[0054]第一安裝座210的相對(duì)兩側(cè)面上設(shè)有第一安裝板217。第一安裝板217上開(kāi)設(shè)與第一收容部211的橫截面相匹配的通孔。第一安裝板217上設(shè)有螺紋通孔，第一安裝板217用于與第二安裝座220或外界支撐物固定連接。
[0055]可以理解，第一安裝座210與第一安裝板217為一體成型，增強(qiáng)第一安裝座210結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0056]入射窗口 201固定設(shè)于第一安裝座210遠(yuǎn)離半波片120的一側(cè)。入射窗口 201為圓形板狀。入射窗口 210上開(kāi)設(shè)有偏心通孔202。激光器正對(duì)偏心通孔202。激光從偏心通孔202射入。半波片120與偏心通孔202正對(duì)。
[0057]第二安裝座220為環(huán)形的密封腔體。合束整形模塊130的一側(cè)與第一安裝座210固定連接。第二安裝座220開(kāi)設(shè)有第二收容部221。第二收容部221的形狀與合束整形模塊130的形狀相匹配，第二收容部221用于收容合束整形模塊130。第二安裝座220設(shè)有第二進(jìn)水管223及第二出水管225。第二安裝座220用于冷卻合束整形模塊130。避免合束整形模塊130的平凸透鏡131及平凹透鏡133吸收激光能量之后會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，出現(xiàn)開(kāi)裂、受熱炸裂現(xiàn)象的發(fā)生，增強(qiáng)腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200的安全性。
[0058]具體在本實(shí)施方式中，第二安裝座220的相對(duì)兩側(cè)面上設(shè)有第二安裝板227。第二安裝板227上開(kāi)設(shè)與第二收容部221的橫截面相匹配的通孔。第二安裝板227上設(shè)有螺紋通孔?？拷谝话惭b座210的一側(cè)的第二安裝板227與第一安裝板217固定連接，靠近第三安裝座230的第二安裝板227與第三安裝座230固定連接。
[0059]可以理解，第二安裝座220與第二安裝板227為一體成型，增強(qiáng)第二安裝座220結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0060]第三安裝座230為環(huán)形的密封腔體。第三安裝座230與合束整形模塊130遠(yuǎn)離第一安裝座210的一側(cè)固定連接。第三安裝座230開(kāi)設(shè)有第三收容部231。第三收容部231的形狀與擴(kuò)束模塊140的形狀相匹配，第三收容部231用于收容擴(kuò)束模塊140，第三安裝座230設(shè)有第三進(jìn)水管232及第三出水管235。第三安裝座230用于冷卻擴(kuò)束模塊140。避免擴(kuò)束模塊140的凸透鏡143及凹透鏡141吸收激光能量之后會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，出現(xiàn)開(kāi)裂、受熱炸裂現(xiàn)象的發(fā)生，增強(qiáng)腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器的安全性。
[0061]具體在本實(shí)施方式中，第三安裝座230的相對(duì)兩側(cè)面上設(shè)有第三安裝板237。第三安裝板237上開(kāi)設(shè)與第三收容部231的橫截面相匹配的通孔。第三安裝板237上設(shè)有螺紋通孔?？拷诙惭b座220的一側(cè)的第三安裝板237與第二安裝板227固定連接，靠近第四安裝座240的第三安裝板237與第四安裝座240固定連接。第四安裝座240為環(huán)形的密封腔體。布魯斯特雙軸錐體150與擴(kuò)束模塊140遠(yuǎn)離第二安裝座220的一側(cè)固定連接。
[0062]可以理解，第三安裝座230與第三安裝板237為一體成型，增強(qiáng)第三安裝座230結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0063]第四安裝座240開(kāi)設(shè)有第四收容部241，第四收容部241用于收容布魯斯特雙軸錐體150。布魯斯特雙軸錐體150可完全收容于第四收容部241內(nèi)，并且由于布魯斯特雙軸錐體150設(shè)有柱體部分，則柱體與第四收容部241的內(nèi)側(cè)壁相抵接，以將布魯斯特雙軸錐體150固定。柱體方便布魯斯特雙軸錐體150的夾持。
[0064]具體在本實(shí)施方式中，第四收容部241靠近第三安裝座的一側(cè)的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有斜坡部242。斜坡部242沿第四收容部241的內(nèi)側(cè)壁環(huán)繞一周，并且斜坡部242的孔徑沿第四收容部241的軸向方向逐漸縮小。斜坡部242靠近第三安裝座230的一端的孔徑最小。斜坡部242的形狀與布魯斯特雙軸錐體150的錐面的形狀相一致。當(dāng)布魯斯特雙軸錐體150收容于第四收容部241內(nèi)的時(shí)候，布魯斯特雙軸錐體150的錐面與斜坡部242的表面相抵接，以將布魯斯特雙軸錐體150穩(wěn)定地固定在第四安裝座240內(nèi)。并且，斜坡部242靠近第三安裝座230設(shè)置，布魯斯特雙軸錐體150可以從第四安裝座240的另一側(cè)安裝入內(nèi)。
[0065]第四安裝座240設(shè)有第四進(jìn)水管243及第四出水管245，第四安裝座240用于冷卻布魯斯特雙軸錐體150。柱體與第四收容部241的內(nèi)側(cè)壁相抵接，方便布魯斯特雙軸錐體150的冷卻。避免布魯斯特雙軸錐體150吸收激光能量之后會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，出現(xiàn)開(kāi)裂、受熱炸裂現(xiàn)象的發(fā)生，增強(qiáng)腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200的安全性。
[0066]具體在本實(shí)施方式中，第四安裝座240的相對(duì)兩側(cè)面上設(shè)有第四安裝板247。第四安裝板247上開(kāi)設(shè)與第四收容部241的橫截面相匹配的通孔。第四安裝板247上設(shè)有螺紋通孔?？拷谌惭b座230的一側(cè)的第四安裝板247與第三安裝板237固定連接。
[0067]可以理解，第四安裝座240與第四安裝板247為一體成型，增強(qiáng)第四安裝座240結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0068]因此，由于第一安裝板217、第二安裝板227、第三安裝板237、第四安裝板247依次通過(guò)螺釘連接，使整個(gè)腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200的結(jié)構(gòu)緊湊，減小激光在傳播過(guò)程中的損耗，保證激光的利用率。具體在本實(shí)施方式中，半波片120、合束整形模塊130、擴(kuò)束模塊140、布魯斯特雙軸錐體150之間的距離均設(shè)置為15mm，以保證腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200結(jié)構(gòu)的緊湊性。
[0069]上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,其光學(xué)兀件為大多為透鏡，制作成本較低，有了利用徑向偏振光的推廣應(yīng)用。
[0070]上述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器200中，在相同的激光器輸出功率下,徑向偏振光模式的激光焦斑的能量密度比線偏振、圓偏振、橢圓偏振的激光焦斑的能量密度大很多。徑向偏振激光切縫比線偏振、圓偏振激光的切縫更細(xì)，切割縫隙的斷面效果更佳，毛刺更少，切割斷面更光亮。另外，由于徑向偏振激光束的偏振方向有著完美的軸對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)，因此徑向偏振光使得激光切割的縫隙不會(huì)隨切割軌跡的變化而變化，相比線偏振光切割的效果，徑向偏振光聚焦之后能夠有效地改善和提高工件激光切縫的質(zhì)量。
[0071]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，用于將激光轉(zhuǎn)換為徑向偏振光，其特征在于，包括:雙折射晶體，可設(shè)于所述激光的傳播方向上，所述雙折射晶體使所述激光分解為第一 P偏振光及S偏振光；半波片，設(shè)于所述雙折射晶體的出光口的一側(cè)，且所述半波片設(shè)于所述S偏振光的傳播方向上，所述半波片的主截面與所述S偏振光的振動(dòng)面之間的夾角為45度，所述半波片使所述S偏振光變?yōu)榈诙?P偏振光；合束整形模塊，設(shè)于所述半波片遠(yuǎn)離所述雙折射晶體的一側(cè)，所述第一 P偏振光及所述第二 P偏振光從所述合束整形模塊的一側(cè)射入，所述合束整形模塊使所述第一 P偏振光及所述第二 P偏振光整形成一束P偏振光束；布魯斯特雙軸錐體，設(shè)于所述合束整形模塊遠(yuǎn)離所述半波片的一側(cè)，所述布魯斯特雙軸錐體包括兩個(gè)圓錐，兩個(gè)所述圓錐的底面相對(duì)，所述P偏振光束以布魯斯特角入射到所述圓錐的一個(gè)錐面上，經(jīng)所述布魯斯特雙軸錐體，從另一個(gè)所述圓錐的錐面上透射出，形成徑向偏振光束；其中，所述雙折射晶體、所述合束整形模塊及所述布魯斯特雙軸錐體的光軸位于同一直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括擴(kuò)束模塊，所述擴(kuò)束模塊位于所述合束整形模塊與所述布魯斯特雙軸錐體之間，所述擴(kuò)束模塊設(shè)于所述合束整形模塊遠(yuǎn)離所述半波片的一側(cè)，所述P偏振光束從所述擴(kuò)束模塊的一側(cè)射入，所述擴(kuò)束模塊對(duì)所述P偏振光束擴(kuò)束，所述被擴(kuò)束的P偏振光束以布魯斯特角入射到所述圓錐的一個(gè)錐面上，經(jīng)所述布魯斯特雙軸錐體，形成徑向偏振光束，所述擴(kuò)束模塊與所述雙折射晶體、所述合束整形模塊及所述布魯斯特雙軸錐體的光軸位于同一直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述合束整形模塊包括平凸透鏡及平凹透鏡，所述平凸透鏡的焦點(diǎn)與所述平凹透鏡的焦點(diǎn)重合，且所述平凸透鏡與平凹透鏡重合的焦點(diǎn)位于所述平凸透鏡及所述平凹透鏡之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述平凸透鏡的焦距為100mm,厚度為3mm,所述平凹透鏡的焦距為20mm,厚度為3mm,所述平凸透鏡與所述平凹透鏡之間的距離為117mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng),其特征在于,所述擴(kuò)束模塊包括凹透鏡及凸透鏡，所述凹透鏡的焦點(diǎn)與所述凸透鏡的焦點(diǎn)重合，且所述凸透鏡與凹透鏡重合的焦點(diǎn)位于所述凹透鏡遠(yuǎn)離所述凸透鏡的一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述凹透鏡的焦距為20mm,厚度為3mm,所述凸透鏡的焦距為100mm,厚度為3mm,所述凹透鏡與所述凸透鏡的距離為77mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述布魯斯特雙軸錐體的兩個(gè)錐體之間設(shè)有柱體，所述柱體的底面及頂面分別為兩個(gè)所述錐體相對(duì)的兩個(gè)底面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述布魯斯特雙軸錐體的材料為熔融石英。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述布魯斯特雙軸錐體的錐面上設(shè)有高透膜層。
10.一種腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括:如權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述的腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)；多個(gè)安裝座，每個(gè)所述安裝座為環(huán)形的密封腔體，所述安裝座開(kāi)設(shè)有收容部，所述安裝座設(shè)有進(jìn)水管及出水管，多個(gè)所述安裝座并列設(shè)置，形成一收容腔，所述收容腔用于收容所述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，所述進(jìn)水管及出水管用于對(duì)所述安裝座注入循環(huán)水，以冷卻所述腔外徑向偏振激光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK103576332SQ201310576749
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】肖磊, 趙建濤, 官偉, 楊錦彬, 寧艷華, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司