【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光材料加工，具体涉及一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统及方法。
技术介绍
1、随着科技的飞速发展，激光材料加工技术在现代工业和科研领域中扮演着越来越重要的角色。特别是在高精度、复杂形状和微纳米级加工需求日益增加的背景下，激光材料加工技术的创新显得尤为关键。
2、现有的激光材料加工系统面临着一些严峻的挑战。首先，传统的激光加工系统在加工精度和灵活性方面存在一定的局限性，难以满足多样化、复杂化的加工需求。其次，系统的复杂性和操作的专业性要求较高，普通操作人员难以进行高效的操作和维护。此外，现有的激光加工系统在集成度和一体化方面仍有很大的改进空间，通常需要多个独立的设备协同工作，这不仅增加了系统的体积和成本，还影响了其便携性和部署效率。
3、为了有效应对这些问题，亟需提供一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统及方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统及方法，该系统结构简单、集成度好，其能通过闭环控制的方式对奇点光束特性进行有效的控制，满足了高精度和复杂化的加工需求。该方法实施过程简单、自动化程度高，通过该方法能极大地提高激光材料加工的精度和效率，可以满足对材料进行切割、焊接或表面改性等多种作业的需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，包括激光产生单元、透镜单元、探测单元和控制单元；p>
3、所述激光产生单元包括光源模块；所述光源模块用于发射光源；所述准直模块的入射端通过光纤与光源模块的输出端连接，用于调整和控制光束的尺寸、形状和方向；
4、所述透镜单元包括透镜模块和马达控制模块；
5、所述透镜模块设置在准直模块的出射光路方向上，用于调整光束的形态、产生奇点光束；透镜模块的镜体为采用高折射率、低吸收率光学材料制成的多边棱锥透镜，且镜体表面涂覆有一层或多层光学薄膜；透镜模块在1850～2150nm范围的平均透过率>97％，其中s偏振和p偏振的在该波段范围内平均透过率差异绝对值小于1％，透镜模块的表面粗糙度<物理底角范围为0.5°～60.0°之间，且不同角度对应不同的阶数和贝塞尔光束图样，其中心厚度范围为3mm～20mm；透镜模块的通光面为从棱锥的底面到棱锥的顶点或者从棱锥的顶点到棱锥的底面，二者输出光束均为具有零中心强度的奇点光束；
6、所述马达控制模块包括多维调整架和步进电机，所述多维调整架用于调整透镜模块在x方向、y方向和z方向上的位移和旋转角度，所述步进电机与多维调整架连接，用于为多维调整架的调整动作提供驱动力，进而调整透镜模块进行x方向、y方向和z方向上的位移和旋转角度的改变；
7、所述探测单元包括光学探测器，其设置在透镜模块的出射光路方向上，用于捕捉并显示经过透镜单元调控后的光束形态所形成的探测图样；
8、所述控制单元包括控制模块，控制模块分别与激光产生单元、透镜单元和探测单元连接。
9、作为一种优选，所述透镜模块的镜体采用caf2或znse材质制成。
10、作为一种优选，所述光源模块为2微米波长范围的固态激光器或光纤激光器或光纤耦合的半导体激光二极管产生的飞秒量级的基横模高斯光源。
11、进一步，为了能够充分保证光束的质量和稳定性，所述准直模块采用非球面透镜，且在1850～2150nm范围的平均透过率>97％。
12、进一步，为了能够减少反向反射对激光源的影响，以保护激光源免受反向光束的损害，在激光产生单元和透镜单元之间设置有光学隔离器。
13、作为一种优选，所述光源模块为工业计算机。
14、本专利技术中，在光源模块和透镜模块之间设置了准直模块，可以对光源模块发射出的光束进行调整，有助于确保入射至透镜模块中的光束具有更理想的形状和尺寸，有利于产生奇点光束。通过引入异型轴锥透镜，能够实现光束形态的灵活调控，满足不同材料和加工要求。将透镜模块安装在多维调整架上，再利用步进电机驱动多维调整架，可以在多个维度上改变透镜模块的位移及旋转角度，进而能更灵活地调整光束的形态，从而能利用不同形态的入射光束输出奇点光束。通过光学探测器的设置，能实时捕捉透镜模块所输出光束的形态，并能反馈至控制模块中，有利于控制模块根据所反馈的光束形态来闭环调节光源模块的泵浦功率，并结合对透镜物理属性的精确控制，来实现对奇点光束特性的全面控制，极大提高了激光材料加工的精度和效率。该系统充分利用了异型轴锥透镜能够产生具有奇点特性的光束的独特光学特性，实现了对材料的高精度、高效率加工作业。这种新型光束具有独特的能量分布和相位结构，能够在材料表面产生更加均匀和更精细的加工效果，有效地满足了高精度和复杂化的加工需求。该系统采用模块化设计，具有良好的扩展性和兼容性，能够与现有的加工设备和系统无缝对接。同时，该系统集成了先进的控制系统和自动化技术，操作过程简便，其能通过闭环控制的方式对奇点光束特性进行有效的控制，满足了高精度和复杂化的加工需求，适合各种工业环境下的应用工况。本专利技术能为激光材料加工技术提供新的突破点，能够促进激光更广泛地应用于高精度加工、微纳制造、光电子器件制造等领域，能进一步提升生产效率和产品质量，为相关产业的发展注入了新的动力。
15、本专利技术还提供了一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工方法，包括以下步骤；
16、步骤一：控制模块基于预设的算法对目标图样进行分析，并初步确定出与目标图样相对应的激光器参数、透镜参数；
17、步骤二：控制模块根据激光器参数控制光源模块启动工作，利用光源模块发射出激光光束，并通过准直模块对激光光束进行调整，再将调整后的激光光束输出至透镜模块的入射端；
18、步骤三：控制模块根据透镜参数控制马达控制模块动作，以利用步进电机精细驱动装配在多维调整架上的透镜模块进行位移和角度的改变，并利用透镜模块对入射的激光光束进行调节，产生具有特定形态和相位分布的奇点光束；
19、步骤四：利用光学探测器实时捕捉奇点光束的形态所形成的探测图样，并将所捕捉到的探测图样实时传输至控制模块；
20、步骤五：控制模块对探测图样进行处理和分析，获取实际光束的形态和强度分布数据，并与目标图样进行比较，再基于比较结果判断是否达到目标状态，在未达到目标状态时，根据差异情况分别输出调整信号至光源模块和马达控制模块，进而分别控制光源模块和马达控制模块进行调整动作，直至透镜模块所输出的实际光束形态和强度达到所需要的目标状态；
21、步骤六：当透镜模块所输出的光束形态和强度达到所需要的目标状态时，记录并存储此时的探测图样、此时的激光器参数和透镜参数，同时，利用此时的激光器参数和透镜参数优化预设的算法，得到优化后的新算法，控制模块根据优化后的新算法改进后续的控制过程。
22、作为一种优选，在步骤一，所述激光参数包括功本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，包括激光产生单元，其特征在于，还包括透镜单元、探测单元和控制单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述透镜模块(3)的镜体采用CaF2或ZnSe材质制成。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述光源模块(1)为2微米波长范围的固态激光器或光纤激光器或光纤耦合的半导体激光二极管产生的飞秒量级的基横模高斯光源。
4.根据权利要求3所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述准直模块(2)采用非球面透镜，且在1850～2150nm范围的平均透过率>97％。
5.根据权利要求4所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，在激光产生单元和透镜单元之间设置有光学隔离器。
6.根据权利要求5所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述控制模块(5)为工业计算机。
7.一种基于
8.根据权利要求7所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工方法，其特征在于，在步骤一，所述激光参数包括功率、波长、脉宽和能量。
9.根据权利要求8所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工方法，其特征在于，在步骤一中，预设的算法包括但不限于神经网络算法及机器学习算法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，包括激光产生单元，其特征在于，还包括透镜单元、探测单元和控制单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述透镜模块(3)的镜体采用caf2或znse材质制成。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述光源模块(1)为2微米波长范围的固态激光器或光纤激光器或光纤耦合的半导体激光二极管产生的飞秒量级的基横模高斯光源。
4.根据权利要求3所述的一种基于异型轴锥透镜产生中红外奇点光束的加工系统，其特征在于，所述准直模块(2)采用非球面透镜，且在1850～2150nm范围的平均透过率>97％。
5.根据权利要求4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈德元，周伟，王飞，
申请(专利权)人：中红外激光研究院江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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