在激光工业制造中,激光器的类高斯光束通常被转换为平顶光束。 平顶光斑的特点是顶部能量均匀,边界非常尖锐,即光斑上短的“过渡区”和90至10激光能量的陡峭曲线可以产生清晰的激光边界,清楚地区分激光处理区域和未处理区域。 这使得平顶灯非常适合需要高效率和高精度的各种激光加工应用。
光束整形器可以将高斯入射激光束转换为圆形、矩形、正方形、直线或其他自定义形状。 即使脉冲能量发生变化,平顶光斑也能保持相同的有效面积。 光束整形器产生的平顶光斑通常用于激光加工,以防止特定区域的过度覆盖或覆盖不足。
光束整形器的典型应用包括:激光焊接、激光切割、激光打标、激光打印、激光钻孔、激光划片、激光烧蚀、激光熔化、激光快速成型、激光3D打印等激光镜头设计与制造,以及MiniLED焊接维修、LDI整形光源、激光医学、美容激光(景观)和娱乐激光等。
科技科普
问:什么是光束整形?如何?有什么优势?
光束整形是利用不同形状的光束整形透镜、透镜、微透镜或光纤来达到光斑的均匀化效果。
它主要使用衍射光学元件,将高斯入射激光束转换为圆形、矩形、正方形、直线或其他自定义形状。
通过将激光束整形成特定工艺和工艺的各种能量分布,提高了激光制造的功率利用率和激光加工效果,实现了更高的激光加工效率和激光加工质量。
具体光斑效果如下图所示
激光光路示意图:
如何使用光束整形器
光束整形器应用中最经典的结构包括激光光源、光束整形器元件、聚焦光学元件和工作表面。
每个平顶光束整形器都设计有一组特定的光学系统参数:
1 入射激光波长 2 工作距离 (EFL) 3 入射激光束参数 (d) 4 输出光斑尺寸 (d)。
光束整形使用的注意事项和限制
为了获得高质量的平顶光斑性能,应将入射激光准直为单模M2 1 3模式。 如果 m2 值变大,则生成的平顶斑点的效果会降低。
光束路径中的所有孔径必须至少比入射激光束尺寸大 2 倍(最好大 2 到 5 倍),因为孔径太小会在输出点上产生干涉图案或纹波。 这些孔径通常包括平面镜(用于光束折叠或扫描)、扩束镜、激光分束器和聚焦光学器件。
光束路径中的所有光学元件都应具有高质量,即具有低水平的像差,以免增加波前误差并降低平顶光斑性能。
在设计所需的输出平顶光尺寸时,要考虑“衍射极限(DL)”,即最小输出光斑尺寸的物理光学极限,即,如果从系统中移除光束整形器,理想的输出光斑尺寸是衍射极限光斑的尺寸。 根据经验,光束整形器的输出平顶光斑尺寸至少是下式(对于 m2 1)定义的衍射极限光斑尺寸的 1 5 倍。
衍射极限光斑尺寸的公式:
其中:l为聚焦光学器件的有效焦距,为入射激光的波长,d为入射激光束的大小,m2为入射激光束的质量参数。
光束整形器的质量系数
光束整形器效果的一些基本规则:
平顶光斑尺寸不能小于衍射极限光斑尺寸。
光束整形器尺寸与下行光束整形器之间的系数决定了光束整形器的质量和效率。 较大的系数可以使边缘更锐利。
光束整形器的过渡区不能小于0 5 dl,通常约为1 10 dl。