高能激光光斑匀化装置的制作方法

　　2.在工业应用及科研实验应用中，常需要能实现特定光斑形状且均匀性要求高的光源。现有光束整形技术方案主要通过二元光学元件 (doe)、双折射透镜组、微透镜阵列、随机位相板、非球面透镜或反射镜、柱面镜组、光棒积分波导等来实现光束空间整形匀化。该方案较复杂，且工艺成形成本高，光能利用率较低，而且随着光功率的提升，以上方案的材料无法承受，且散热有局限性，而且有透镜膜层损伤阈值以及使用环境的污染带来的稳定性。因此，目前的光斑匀化整形技术无法成功应用于高能激光系统中，尤其是万瓦级及以上高功率激光系统中。

　　3.鉴于上述问题，本实用新型提供了一种高能激光光斑匀化装置，以解决实现高能激光的匀化及整形问题。

　　4.本公开的一个方面提供了一种高能激光光斑匀化装置，包括：激光器，用于产生高能激光；扰模光纤，输入端与所述激光器连接，盘绕设置，用于抑制所述高能激光中的散斑，使所述高能激光匀化；整形光纤，截面为预设形状，输入端与所述扰模光纤的输出端连接，盘绕设置，用于将所述高能激光的光斑整形为预设形状；空间光学传输组件，与所述整形光纤的输出端连接，用于将所述高能激光整形、匀化后的光斑共轭放大成像。

　　5.可选地，该装置还包括：扰模调节模块，设于所述扰模光纤的盘绕位置，用于调节所述扰模光纤的盘绕圈数、盘绕半径和盘绕形状。

　　6.可选地，该装置还包括：液冷循环模块，设于所述空间光学传输组件之中，用于给所述所述空间光学传输组件散热。

　　12.本公开提供的装置一方面可利用扰模光纤和预设整形光纤实现高能激光的匀化和整形，其中，通过光纤的盘绕方式(盘绕半径、盘绕形状或者光纤长度)来打乱激光模式，有利于光场模式均匀，该方法可以实现高能量激光(尤其是万瓦级及以上光功率的高能激光)匀化及整形输出，对于激光加工或类似应用环境的使用性能大幅提高；本公开提供的装置另一方面可以通过空间传输组件根据物象共轭关系实现高能激光光斑的投射成像，实现不同目标距离的不同大小的平顶均匀光斑输出，能量利用率高。本技术方案具体实施工艺较成熟，成本低，经济性好。传能光纤、空间传输光学器件，风冷、液冷等热管理方法等

　　15.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

　　16.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

　　17.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

　　19.如图1所示，本公开提供了一种高能激光光斑匀化装置，包括：激光器1，扰模光纤2，整形光纤3，空间光学传输组件5。

　　20.在本公开实施例中，激光器1用于产生高能激光；扰模光纤2的输入端与激光器1连接，用于抑制高能激光中的散斑，使高能激光匀化；整形光纤3的截面为预设形状，输入端与扰模光纤2的输出端连接，用于将高能激光的光斑整形为预设形状；空间光学传输组件5与整形光纤 3的输出端连接，用于将高能激光整形、匀化后的光斑共轭放大成像。

　　21.其中，扰模光纤2的使用是为了获得更高光束质量的激光束，还有抑制散斑的效果。对于多模光纤而言，光纤中存在基横模和一些高阶模，它们的传输路径各不相同，高阶模式对于缠绕更敏感。当光纤缠绕到一定大小时，高阶模会逸出损耗的多，而基模不受影响。

　　22.在本公开实施例中，扰模光纤2盘绕设置，可以通过改变扰模光纤 2的盘绕形状，例如圆形、8字形等形状，通过调整形状大小和不同形状的综合运用。在动态扰模例如振动光纤等条件下，形成不同的散斑结构由于时间上的累积均化效应使在空间上变得均匀，变化越快，散斑抑制效果越明显。

　　23.基于此，本公开提供的装置还可以包括扰模调节模块，设于扰模光纤2的盘绕位置，用于调节所述扰模光纤2的盘绕圈数、盘绕半径和盘绕形状，以调节高能激光的匀化效果。

　　24.在本公开实施例中，整形光纤3的截面可以为方形、圆形、正多边形、不规则图形等任意实际应用需求的形状，由于激光在光纤波导的长距离传输及在光纤内的积分效应最终在光纤输出端面会形成相应纤芯形状的均匀分布光束截面。可选地，整形光纤3也可以为盘

　　25.可选地，整形光纤3为集束光纤，若干光纤束集束在一起，根据某种规则排列形成不同端面形状。

　　26.整形光纤3的输出端设有光纤输出头4，与空间光学传输组件5连接，以使从整形光纤3输出的激光能量能最大限度地耦合到空间光学传输组件5的接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。

　　27.在本公开实施例中，空间光学传输组件5即实现合适的物像放大倍率的光学系统，根据以下几何光学原理实现成像：

　　光学系统物像间的距离即为共轭距，其由焦距决定。空间光学传输组件5放大倍率随物距变化，可以利用光学变倍或者离焦等方法可以实现光斑大小的调节以及投射距离的变换。

　　例如，在本实施例中，激光光源是100um的光纤芯径，采用放大倍率为400倍的光学系统，由三片式透镜结构，焦距为56.4mm，当物方调焦至合适离焦量时，在像方远处成放大的实像。

　　在本公开实施例中，空间光学传输组件5为三片式透镜结构，具体实施形式多样包括透射式透镜组系统、反射式透镜组系统，或者空间传输组件的具体实现形式包含但不限于透射式、反射式、或折反式等共轴或离轴系统。空间光学传输组件5可以包括光路折叠组件，以缩减光路所占空间，从而缩短空间光学传输组件5的尺寸，减少装置的体积。在空间体积受限条件下，优选地，空间光学传输组件5可以采用离轴非球面金属反射镜。

　　由于本公开实施例提供的高能激光光斑匀化装置用于匀化、整形高能激光，激光在传输过程中散发的能量会使空间光学传输组件5的温度升高，从而影响空间光学传输组件5的使用寿命，因此，在本公开实施例提供的装置还包括液冷循环模块，设于空间光学传输组件5 之中，用于给空间光学传输组件5散热。液冷循环的方式散热快，效率高，可以保证本公开提供的装置的高能量激光传输性能稳定。

　　根据本公开实施例提供的高能激光光斑匀化装置，一方面可利用扰模光纤2和预设整形光纤3实现高能激光的匀化和整形，其中，通过光纤的盘绕方式(盘绕半径、盘绕形状或者光纤长度)来打乱激光模式，有利于光场模式均匀，该方法可以实现高能量激光(尤其是万瓦级及以上光功率的高能激光)匀化及整形输出，对于激光加工或类似应用环境的使用性能大幅提高；本公开提供的装置另一方面可以通过空间传输组件根据物象共轭关系实现高能激光光斑的投射成像，实现不同目标距离的不同大小的平顶均匀光斑输出，能量利用率高。本技术方案具体实施工艺较成熟，成本低，经济性好。

　　本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可

　　尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。