一种光学隔离器及激光加工系统技术方案

本发明专利技术适用于激光加工领域，提供了一种光学隔离器，用于激光加工系统，包括沿激光的传输路径依次设置的：薄膜吸收反射镜，吸收P偏振光并反射S偏振光；半波片，对垂直入射的线偏振光的偏振方向进行旋转；90度相移延迟镜，将半波片透过的线偏振光转换为圆偏振光，并将加工件反射的圆偏振光转换为线偏振光；90度相移延迟镜反射的线偏振光经过半波片后转变为P偏振光。本发明专利技术利用半波片的偏振方向旋转效应及90度相移延迟镜的相位延迟效应，使线偏振激光转换为圆偏振光，使得激光加工的切缝不会随切割轨迹的变化而变化，切缝平滑。同时使加工件反射回的圆偏振光变为P偏振光，被薄膜吸收反射镜全部吸收，进而隔离了反射激光，保护了激光器。

【技术实现步骤摘要】
—种光学隔离器及激光加工系统
本专利技术属于激光加工
，特别涉及一种光学隔离器及激光加工系统。
技术介绍
自上世纪60年代首次实现激光输出以来，由于激光具有高亮度、单色性、方向性、相干性等优点，受到广泛关注，并在国防军事、工业生产、科学研究等各个方面广泛应用。在工业生产方面，激光加工是利用激光束与物质相互作用特性对材料进行加工的一种方式。与传统加工方法相比，激光加工具有无接触、无应力变形，热影响区域小，可加工材料广泛，可灵活的实现各种复杂加工，效率高且质量稳定等优点，因此已经形成了激光切割、激光焊接、激光打孔、激光器标记、激光表面处理、零件快速成型等多种应用工艺，并已经广泛应用于汽车、电子、航空航天、冶金、机械制造等工业领域。对实现生产自动化、提高产品质量和劳动生产率、减少材料消耗、降低环境污染等起到越来越重要的作用。 激光加工技术是将能量聚焦到微小的空间，焦点处达到很高的能量密度，这时激光输出的热量远大于被材料反射、传导的部分，材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束与材料相对线性移动，可以使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。工业生产中，激光切割是应用最广泛的一种激光加工方法。激光切割可以加工各种金属、非金属、复合材料、硬质材料等。激光切割质量的评价主要有:切割面粗糙度、切缝宽度、切口锥度三个参量。 随着技术进步及工业产品升级换代，对激光切割效果的要求也越来越高。例如，随着电子行业及信息产业的发展，电子和信息设备产品越来越小型化，对激光切割的精度要求越来越高。最为典型的需求就是对切缝宽度的要求，目前很多的应用不仅要切缝宽度很窄，而且需要控制在一定范围之内，甚至有的应用要求在切割过程中实时控制、调整激光切缝的宽度，以满足零部件的不同部位以及不同零部件的加工需求。 激光器输出的激光通常是线偏振光，例如C02激光器(如美国Coherent公司生产的C02激光器输出激光的偏振方向与激光器底座平行)，金属切割和其他高精密或超高精密工件的激光加工对切缝宽度及横截面发生的任何变化都很敏感。激光切割的质量取决于激光相对切割方向的偏振方向。 如图1所不，以C02激光器为例，C02激光器输出光束的偏振方向是线偏振,在整个外光路传导过程中没有对偏振状态进行处理，以在工件上切割字符“CT”为例，当激光切割轨迹方向与激光的偏振方向平行时，能够切割出最佳的切缝，即切口窄而平滑，与加工物表面垂直度好，如图1中的A部分；当切割轨迹方向与激光的偏振方向垂直时，其切缝较宽，平滑度仍较好，如图1中的B部分；当切割轨迹方面与激光偏振方向有某个夹角的时候，切缝宽度较大，切口歪斜，且不平滑，如图1中的C部分。 另外，在采用C02激光器进行加工时，当高能C02激光束照射到那些对10.6 μ m波段吸收率较低的材料或表面光洁度较高的材料时，工件会反射大量的激光能量，部分反射光会沿着原光路返回到C02激光振荡腔，由于激光光束的能量密度很高，会产生大量的热量，导致激光器输出功率下降，从而致使激光器的使用寿命下降，严重时还会烧毁激光器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光学隔离器，旨在提高激光加工过程中的切缝质量，并保护激光器免受加工面反射光束的损坏，延长激光器的使用寿命。 本专利技术是这样实现的，一种光学隔离器，用于激光加工系统中，包括沿激光的传输路径依次设置的: 薄膜吸收反射镜，用于吸收P偏振光并反射S偏振光； 半波片，用于对垂直入射的线偏振光的偏振方向进行旋转，旋转角度为所述线偏振光的偏振方向与所述半波片的主截面之间的夹角的两倍； 90度相移延迟镜，用于将所述半波片透过的线偏振光转换为圆偏振光，并将加工件反射的圆偏振光转换为线偏振光； 所述90度相移延迟镜反射的线偏振光经过所述半波片后转变为P偏振光。 本专利技术的另一目的在于提供一种激光加工系统，包括激光输出装置及位于所述激光输出装置输出光路上的光学隔离器，所述光学隔离器采用上述的光学隔离器。 本专利技术通过半波片对入射线偏振光进行偏振方向的旋转，结合90度相移延迟镜的相位延迟效应，可使线偏振的加工激光转换为圆偏振光，圆偏振光含有等量的S偏振光和P偏振光，而且S偏振光和P偏振光在振动方向上是正交的，因此圆偏振光使得激光切割的缝隙不会随切割轨迹的变化而变化，相比线偏振光的加工效果，圆偏振光聚焦之后能够有效地改善和提高工件激光加工的质量。同时，半波片与90度相移延迟镜的配合使加工件反射回的圆偏振光变为P偏振光，被薄膜吸收反射镜全部吸收，进而隔离了反射激光，保护了激光器，延长了激光器的使用寿命。 【附图说明】 图1示出了现有激光切割技术的切缝效果图； 图2示出了本专利技术实施例光学隔离器的内部光路图； 图3示出了本专利技术实施例光学隔离器的部分光路图； 图4示出了采用本专利技术实施例光学隔离器的激光切割效果图； 图5不出了线偏振光与圆偏振光的产生原理； 图6示出了本专利技术实施例光学隔离器的外观结构示意图； 图7示出了本专利技术实施例光学隔离器的剖面结构示意图； 图8示出了本专利技术实施例光学隔离器的爆炸图； 图9示出了本专利技术实施例激光加工系统的结构及光路图。 【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述: 图2示出了本专利技术实施例光学隔离器的内部光路图，图3示出了本专利技术实施例光学隔离器的部分光路图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。 该光学隔离器主要用于在激光加工(如激光切割、激光打孔、激光焊接等)中隔离加工物面反射的光，避免反射光进入激光器，同时通过对入射激光的偏振状态进行改变，以改善激光加工质量，特别是切缝的质量。如图2，该光学隔离器包括沿激光的传输路径依次设置的薄膜吸收反射镜01、半波片02及90度相移延迟镜03。其中，薄膜吸收反射镜01可以是在铜镜的表面镀介质膜形成，该介质膜只反射S偏振光，吸收P偏振光，且薄膜吸收反射镜01不改变反射光的偏振态。S偏振光入射之后,其反射光仍是S偏振光。所谓S偏振光是指与入射面垂直的偏振光，P偏振光是指与入射面平行的偏振光。本实施例中以C02激光器101为例,激光偏振方向与C02激光器101的底座平行,与入射面垂直,是S偏振光，S偏振光LI经过薄膜吸收反射镜01的反射后仍是S偏振光LI。 半波片02的作用是将光的偏振方向进行旋转，当线偏振光垂直入射半波片时，如半波片的主截面相对入射光的偏振方向旋转Θ角，则通过此半波片的线偏振光的偏振方向从原来的方向旋转2 Θ角。本实施例中，自薄膜吸收反射镜01反射的S偏振光LI垂直入射半波片02，半波片02的主截面相对入射S偏振光LI的偏振方向旋转22.5°，透射的线偏振光L2的偏振方向旋转45°，即与C02激光器LS的底座成45°角。 90度相移延迟镜03与入射其表面的线偏振光L2成45°角，可以使入射线偏振光的寻常光分量与非寻常光分量之间产生90°相位差，对于以45°入射的线偏振光，可获得圆偏振光。本实施例中，自半波片02透射的线偏振光L2以4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学隔离器，用于激光加工系统中，其特征在于，包括沿激光的传输路径依次设置的：薄膜吸收反射镜，用于吸收P偏振光并反射S偏振光；半波片，用于对垂直入射的线偏振光的偏振方向进行旋转，旋转角度为所述线偏振光的偏振方向与所述半波片的主截面之间的夹角的两倍；90度相移延迟镜，用于将所述半波片透过的线偏振光转换为圆偏振光，并将加工件反射的圆偏振光转换为线偏振光；所述90度相移延迟镜反射的线偏振光经过所述半波片后转变为P偏振光。

【技术特征摘要】
1.一种光学隔离器，用于激光加工系统中，其特征在于，包括沿激光的传输路径依次设置的: 薄膜吸收反射镜，用于吸收P偏振光并反射S偏振光； 半波片，用于对垂直入射的线偏振光的偏振方向进行旋转，旋转角度为所述线偏振光的偏振方向与所述半波片的主截面之间的夹角的两倍； 90度相移延迟镜，用于将所述半波片透过的线偏振光转换为圆偏振光，并将加工件反射的圆偏振光转换为线偏振光； 所述90度相移延迟镜反射的线偏振光经过所述半波片后转变为P偏振光。2.如权利要求1所述的光学隔离器，其特征在于，还包括: 第一零相移反射镜，设置于所述薄膜吸收反射镜与半波片之间； 第二零相移反射镜，设置于所述半波片与90度相移延迟镜之间。3.如权利要求2所述的光学隔离器，其特征在于，所述薄膜吸收反射镜由第一反射镜座固定，所述半波片由连接法兰固定，所述90度相移延迟镜由第二反射镜座固定，所述第一零相移反射镜由第三反射镜座固定，所述第二零相移反射镜由第四反射镜座固定。4.如权利要求3所述的光学隔离器，其特征在于，所述第一反射镜座、连接法兰、第二反射镜座、第三反射镜座及第四反射镜座均有水管穿过。5.如权利要求1至4任一项所述的光学隔离器，其特征在于，所述半波片的主截面与来自所述薄膜吸收反射镜的S偏振光之间的夹角为22.5°...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，李斌，官伟，赵建涛，郭炜，杨锦彬，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44