專利名稱：帶式成型聚焦反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
帶式成型聚焦反射鏡是一種將激光束進(jìn)行成型變換的光學(xué)元件，屬于激光光電子及其應(yīng)用領(lǐng)域。它是一種將原始大功率激光束會聚成能量均勻分布的矩形光斑的光學(xué)元件，主要應(yīng)用于激光表面熱處理，激光淬火，激光熔敷，激光噴涂，激光噴粉焊接等利用高能激光束進(jìn)行材料表面處理與連接的加工領(lǐng)域；并可廣泛應(yīng)用于激光束整形，激光測量等將激光束會聚成矩形光斑的場合。
通常對大功率激光束進(jìn)行會聚的一種方法是采用球面或非球面(如拋物面、橢圓面、雙曲面等)反射聚焦鏡。該技術(shù)所存在的問題是反射聚焦鏡將激光束會聚成圓形(如圖6所示)，且圓形光斑內(nèi)光束的能量分布是不均勻的，這不利于進(jìn)行激光材料表面處理和激光噴粉連接加工。另一種方法是采用方形積分聚焦鏡，它是在球面鏡基體上用環(huán)氧樹脂粘上等尺寸的方形小鏡片。該技術(shù)所存在的問題是制造復(fù)雜，粘結(jié)劑在高功率激光束的照射下易退化變質(zhì)，小鏡片在高功率激光束的照射下將吸收激光熱量，粘結(jié)劑不易散熱，將造成小鏡片的變形而引起差的聚焦質(zhì)量，并且小鏡片周邊的方孔衍射和各鏡片反射光之間的干涉，將造成光斑內(nèi)存在光強(qiáng)弱相間的干涉帶，影響使用效果。
本實用新型的目的是提供將原始激光束聚焦成一定大小的矩形分布光斑，光斑內(nèi)激光束光強(qiáng)分布均勻，且制作簡單，使用方便的一種光學(xué)元件。
本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的圖1所示為帶式成型聚焦反射鏡的結(jié)構(gòu)圖，它是由鏡座1和鏡面構(gòu)成，其鏡面由多帶反射斜面2組成。
本實用新型中的多帶反射斜面的帶數(shù)至少為兩帶，且過反射面回轉(zhuǎn)軸的平面與多帶反射斜面相交的曲線是由多條斜線3組成，其多條斜線的數(shù)目與帶數(shù)相同；聚焦的矩形光斑的長邊a決定多帶反射面的帶數(shù)，長邊越長，多條斜線的數(shù)目越小，離焦確定矩形短邊b的長度；多條斜線與圓或拋物線或雙曲線或橢圓線相內(nèi)接5或外切b，見示意圖4、圖5。本實用新型的設(shè)計原理是在球面或非球面(如拋物面、橢圓面、雙曲面等)反射聚焦鏡的回轉(zhuǎn)方向相垂直的方向采用多帶反射斜面代替曲面，這樣經(jīng)反射聚焦后(如圖3所示)，在聚焦面上激光束呈矩形分布(如圖7所示)。
采用本實用新型技術(shù)方案后，將原始激光束聚焦成一定大小的帶形分布光斑，光斑內(nèi)激光光強(qiáng)均勻分布，這將促進(jìn)激光熱處理，淬火時處理厚度的均勻性，處理后邊界的清晰，以避免被處理表面存在顯著的過渡區(qū)，減小重疊部分的回火區(qū)。對激光熔敷可提高熔敷層的均勻性，提高粉末的利用率。對激光噴涂和噴粉焊接，可提高粉末的利用率，提高噴涂和焊接的質(zhì)量。帶式成型聚焦反射鏡可利用回轉(zhuǎn)型高精車機(jī)床一次成型加工，不需要粘結(jié)，這樣制造工藝簡單，無粘結(jié)劑，可提高反射鏡耐高功率激光束和散熱的能力以及聚焦質(zhì)量。


圖1帶式成型聚焦反射鏡結(jié)構(gòu)圖，其中1是鏡座，2是多帶反射斜面；圖2帶式成型聚焦反射鏡剖視結(jié)構(gòu)圖，其中3是多條斜線；圖3帶式成型聚焦反射鏡的聚焦圖，4是反射聚焦激光束；圖4多條斜線的內(nèi)接曲線，5是內(nèi)接曲線；圖5多條斜線的外切曲線，6是外切曲線；圖6現(xiàn)有技術(shù)中原始激光束能量分布；圖7帶式成型聚焦反射鏡聚焦后聚焦焦斑能量分布，a是矩形光斑的長邊，b是矩形光斑的短邊。
實施例采用本實用新型技術(shù)方案的帶式成型聚焦反射鏡結(jié)構(gòu)后，選擇大功率CO2激光束為實施對象(如圖3所示)，激光束平行入射到帶式成型聚焦反射鏡上，經(jīng)帶式成型聚焦反射鏡聚焦后，將能量分布為圓形的原始激光束(圖6所示)變換為在焦點附近，呈矩形分布，矩形內(nèi)能量分布均勻的聚焦光斑(圖7所示)。
經(jīng)使用結(jié)果證實，本實用新型滿足了前述的目的，達(dá)到了前述的使用效果。
權(quán)利要求1.一種帶式成型聚焦反射鏡，主要由鏡座和鏡面構(gòu)成，其特征在于該元件所述鏡面是由多帶反射斜面(2)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶式成型聚焦反射鏡，其特征在于所述多帶反射斜面(2)的帶數(shù)至少為兩帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶式成型聚焦反射鏡，其特征在于過反射面回轉(zhuǎn)軸的平面與多帶反射斜面(2)相交的曲線是由多條斜線(3)組成，多條斜線的數(shù)目與帶數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶式成型聚焦反射鏡，其特征在于多條斜線(3)與圓或拋物線或雙曲線或橢圓線相內(nèi)接(5)或外切(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶式成型聚焦反射鏡，其特征在于聚焦的矩形光斑的長邊(a)決定多帶反射面的帶數(shù)，離焦確定矩形短邊(b)。
專利摘要一種屬于激光光電子及其應(yīng)用領(lǐng)域的帶式成型聚焦反射鏡主要由鏡座和鏡面兩部分構(gòu)成,其特征在于該鏡面由多帶反射斜面組成,即在球面或非球面(如拋物面、橢圓面、雙曲面等)反射聚焦鏡的回轉(zhuǎn)方向相垂直的方向采用多段斜面代替曲面,使得經(jīng)反射鏡反射聚焦后,激光束在聚焦面上呈矩形分布,光斑內(nèi)激光光強(qiáng)均勻,從而改善激光熱處理、激光淬火、激光噴涂和噴粉焊接的加工質(zhì)量,并可提高激光熔敷后熔敷層的均勻性和粉末的利用率。
文檔編號G02B5/12GK2384233SQ9921660
公開日2000年6月21日 申請日期1999年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月12日
發(fā)明者左鐵釧, 王智勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)