本發(fā)明涉及激光設(shè)備，具體涉及一種激光光斑整形裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)制造和智能制造高速發(fā)展，作為精細(xì)化加工工具的激光越來越多的應(yīng)用于高精度的加工中。激光光斑整形裝置可以將不均勻的激光光束轉(zhuǎn)化為均勻的光斑分布，從而提高激光加工過程的穩(wěn)定性和一致性。激光光斑整形裝置廣泛應(yīng)用于激光熔覆、焊接等各種激光加工領(lǐng)域，能夠有效減少加工過程中因光束非均勻性而導(dǎo)致的加工問題，提升加工質(zhì)量和效率。

2、但是上述光斑整形裝置中的核心部件如微透鏡陣列和衍射元件尤其貴重。所以在實際光學(xué)系統(tǒng)中如何縮小微透鏡陣列的尺寸，或者減少該元件的設(shè)計變化將大大降低整套系統(tǒng)的成本。

3、如圖1和2所示，其為傳統(tǒng)光斑整形裝置的原理示意圖。圖1中，xy準(zhǔn)直透鏡1是x和y方向曲率都相等的圓周對稱透鏡，x微透鏡陣列2是指按x方向陣列排列的微透鏡陣列。激光器輸出的激光束為發(fā)散光束，經(jīng)過xy準(zhǔn)直透鏡1將光束準(zhǔn)直，出射至x微透鏡陣列2，光束沿x方向被分割為多個子光束，并在xy聚焦透鏡3的焦點上成像，形成一個x方向長度為x的光斑。此時y方向的光斑長度y由xy準(zhǔn)直透鏡和xy聚焦透鏡3的y方向的焦距組合的放大比例組合實現(xiàn)：

4、

5、其中，y為y方向的光斑長度，fcy為xy準(zhǔn)直透鏡y方向焦距，ffy為xy聚焦透鏡y方向的焦距，y0是光學(xué)系統(tǒng)y方向輸入的初始光斑大小。

6、而x方向的光斑由x微透鏡陣列2的光學(xué)參數(shù)和xy聚焦透鏡3的x方向焦距決定，其關(guān)系如下：

7、

8、其中x為x方向光斑長度，fx為xy聚焦透鏡3的x方向的焦距，f為x微透鏡陣列2的陣列子單元焦距，p為x微透鏡陣列2的陣列子單元間隔。當(dāng)然，光學(xué)系統(tǒng)中陣列的數(shù)量可以根據(jù)實際需要增加或者變換間距。

9、上述的整形裝置的缺點是：x和y方向的光斑長度需要被同時調(diào)節(jié)，不能獨立調(diào)節(jié)，因此裝置的可變性就很小。具體而言，需要得到的光斑長度決定了x微透鏡陣列2的尺寸以及xy準(zhǔn)直透鏡1的焦距，裝置內(nèi)的部件尺寸無法調(diào)整，使得整個裝置的體積過大，不能縮小，進(jìn)而導(dǎo)致裝置成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本較低且光斑整形效果較好的新型激光光斑整形裝置。

2、為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種激光光斑整形裝置，包括自激光發(fā)生器至光斑目標(biāo)位置之間順序設(shè)置的xy準(zhǔn)直透鏡和光斑長度調(diào)節(jié)裝置，所述光斑長度調(diào)節(jié)裝置用于對x和/或y方向的光斑長度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)。

4、一種優(yōu)選的技術(shù)方案是：所述光斑長度調(diào)節(jié)裝置包括自激光輸入端向光斑形成目標(biāo)方向順序設(shè)置的x微透鏡陣列、y方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)和xy聚焦透鏡，所述x微透鏡陣列與所述xy準(zhǔn)直透鏡相鄰，所述y方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述xy聚焦透鏡相鄰，由所述xy聚焦透鏡出射的y方向的光斑長度y用公式1表示：

5、

6、其中，fcy為所述xy準(zhǔn)直透鏡的y方向焦距，ffy為所述xy聚焦透鏡的y方向焦距，y0是入射至所述激光光斑整形裝置的y方向的初始光斑長度，n是所述y方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)比例，0＜n＜1時，所述y方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)為縮束系統(tǒng)，用于縮小入射至所述xy聚焦透鏡的y方向光斑長度，n＞1時，所述y方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)為望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，用于放大入射至所述xy聚焦透鏡的y方向光斑長度，該入射到xy聚焦透鏡的y方向的放大光斑，經(jīng)過聚焦透鏡后可獲得一個進(jìn)一步縮小的y方向聚焦光斑，從而達(dá)到調(diào)整光斑尺寸的效果；

7、或者，所述光斑長度調(diào)節(jié)裝置包括自激光輸入端向光斑形成目標(biāo)方向順序設(shè)置的y微透鏡陣列、x方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)和xy聚焦透鏡，所述y微透鏡陣列與所述xy準(zhǔn)直透鏡相鄰，所述x方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述xy聚焦透鏡相鄰，由所述xy聚焦透鏡出射的x方向的光斑長度x用公式2表示：

8、

9、其中，fcx為所述xy準(zhǔn)直透鏡的x方向焦距，ffx為所述xy聚焦透鏡的x方向焦距，x0是入射至所述激光光斑整形裝置的x方向的初始光斑長度，n是所述x方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)比例，0＜n＜1時，所述x方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)為縮束系統(tǒng)，用于縮小入射至所述xy聚焦透鏡的x方向光斑長度，n＞1時，所述為x方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)為望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，用于放大入射至所述xy聚焦透鏡的x方向光斑長度，該入射到xy聚焦透鏡的x方向的放大光斑，經(jīng)過聚焦透鏡后可獲得一個進(jìn)一步縮小的x方向聚焦光斑，從而達(dá)到調(diào)整光斑尺寸的效果。

10、進(jìn)一步的，y方向所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括y負(fù)透鏡和y正透鏡，所述y負(fù)透鏡設(shè)置于所述x微透鏡陣列和y正透鏡之間，所述y正透鏡位于y負(fù)透鏡和所述xy聚焦透鏡之間；x方向所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括x負(fù)透鏡和x正透鏡，所述x負(fù)透鏡設(shè)置于所述y微透鏡陣列和x正透鏡之間，所述x正透鏡位于x負(fù)透鏡和所述xy聚焦透鏡之間。

11、y方向所述縮束系統(tǒng)包括y負(fù)透鏡和y正透鏡，所述y正透鏡設(shè)置于所述x微透鏡陣列和y負(fù)透鏡之間，所述y負(fù)透鏡位于y正透鏡和所述xy聚焦透鏡之間；x方向所述縮束系統(tǒng)包括x負(fù)透鏡和x正透鏡，所述x正透鏡設(shè)置于所述y微透鏡陣列和x負(fù)透鏡之間，所述x負(fù)透鏡位于x正透鏡和所述xy聚焦透鏡之間。

12、所述y負(fù)透鏡、y正透鏡、x負(fù)透鏡及x正透鏡均為柱透鏡。

13、另一種激光光斑整形裝置，激光發(fā)生器和光斑目標(biāo)位置之間設(shè)有第二光斑長度調(diào)節(jié)裝置，所述第二光斑長度調(diào)節(jié)裝置用于對x和/或y方向的光斑長度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)；所述第二光斑長度調(diào)節(jié)裝置包括順序設(shè)置的x/y準(zhǔn)直透鏡、第二x微透鏡陣列、第二y負(fù)透鏡及x/y聚焦透鏡，所述第二y負(fù)透鏡為柱透鏡；或者，所述光斑長度調(diào)節(jié)裝置包括順序設(shè)置的x/y準(zhǔn)直透鏡、第二y微透鏡陣列、第二x負(fù)透鏡及x/y聚焦透鏡，所述第二x負(fù)透鏡為柱透鏡。

14、作為優(yōu)選，所述x/y準(zhǔn)直透鏡的一個面承擔(dān)x方向的準(zhǔn)直，所述x/y聚焦透鏡的一個面承擔(dān)x方向的焦距，基于此，x/y準(zhǔn)直透鏡的用于承擔(dān)x方向準(zhǔn)直的面以及x/y聚焦透鏡的用于承擔(dān)x方向的焦距的面的面型矢高均由公式3表征：

15、

16、式中，c＝1/r，r為對應(yīng)的透鏡x方向的曲率，k為圓錐系數(shù)，ai(i為從1到7的自然數(shù))為x冪級數(shù)系數(shù)；

17、相應(yīng)的，x/y準(zhǔn)直透鏡的另一個面承擔(dān)y方向的準(zhǔn)直、x/y聚焦透鏡的另一個面和第二y負(fù)透鏡的一個面承擔(dān)y方向的焦距，x/y準(zhǔn)直透鏡的用于承擔(dān)y方向準(zhǔn)直的面、x/y聚焦透鏡和第二y負(fù)透鏡的用于承擔(dān)y方向焦距的面的面型矢高均由公式4描述：

18、

19、式中，c＝1/r，r為對應(yīng)的透鏡的y方向的曲率，k為圓錐系數(shù)，ai(i為從1到7的自然數(shù))為y冪級數(shù)系數(shù)。

20、本發(fā)明中，所述的xy準(zhǔn)直透鏡均為xy方向曲率都相等的圓周對稱透鏡；x/y準(zhǔn)直透鏡是前后表面獨立承擔(dān)x方向或者y方向光焦度的透鏡，例如前表面承擔(dān)x方向光焦度，后表面承擔(dān)y方向光焦度；y正透鏡和y負(fù)透鏡均指y方向有曲率而x方向無曲率的柱透鏡，y微透鏡陣列指陣列子單元沿y方向分布的陣列透鏡，同理，x正透鏡(或x負(fù)透鏡)和x微透鏡陣列分別指x方向有曲率而y方向無曲率的柱透鏡以及陣列子單元沿x方向分布的陣列透鏡。

21、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

22、在本發(fā)明中，通過多組光學(xué)系統(tǒng)的配合，可以實現(xiàn)各種勻化光場的尺寸變化，與此同時大幅降低了核心整形元件的尺寸，從而大幅降低了系統(tǒng)的成本。

23、下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。