[發明專利]激光擴束系統

有效

• 申請號: 201010102500.8
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN101762878A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 高云峰;李家英;周朝明
• 申請（專利權）人: 深圳市大族激光科技股份有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及一種應用于紫外激光的定倍擴束系統。

【背景技術】

激光加工過程中，通常要求激光在聚焦點的能量非常集中，保證激光加工 過程聚焦點的能量密度，使得激光有效地工作，并提高激光的工作效率，但如 何在工作時提高激光的聚焦能量密度呢？一般是通過盡可能獲得小的聚焦點。

根據衍射極限理論：激光的發散角θ與光腰直徑d₀的關系為其中 對于使用一定的激光器，激光的波長λ是一定的，所以，激光的發散角θ與光腰 直徑d₀的乘積為常數。從激光器輸出的激光光束直徑一般較小，在通過一定焦 距的會聚光學系統聚焦之前，要求擴大光束直徑以減小發散角θ，同時獲得較大 的入射光束直徑。

假設在激光器與焦距為f的會聚光學系統中加入一個激光擴束系統，根據要 求選用適當的擴束倍數β，使激光光束擴大到直徑為D＝β·d₀，此時激光的發散 角θ_入仍滿足衍射極限理論關系式所以，這樣， 理想的會聚激光光斑所以，通過選用合適的倍數β獲得合適的 D值，便可得到理想的聚焦光斑δ以提高工作焦點處的能量密度。

本發明的定倍擴束系統，主要是為了解決紫外激光束的整形及擴大激光束 直徑以提高成像質量的需要。這種定倍擴束鏡設計雖然相對容易一些，但對激 光束整形的能力卻非常方便有效。

【發明內容】

本發明提供一種可將入射激光束的直徑擴束至12倍、以提高成像質量、且 擴束后像質平衡得非常理想的紫外激光擴束系統。

本發明所采用的技術方案是一種激光擴束系統，包括：位于光束的入射方 向依序排列的第一、二透鏡，所述第一透鏡為彎月型的負透鏡，其曲面背向著 光線的入射方向彎曲；所述第二透鏡為平凸型的正透鏡；整個擴束系統可將入 射激光束的直徑擴束12倍后、仍是一束平行光射出。

其中，所述第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為89mm，且其公差范圍為 ±5％。

其中，所述入射激光束的最大光束直徑為2mm。

其中，所述入射激光為波長為355nm的紫外激光。

其中，所述第一透鏡在光軸上的中心厚度為1mm，且其公差范圍為±5％。

其中，所述第二透鏡在光軸上的中心厚度為2mm，且其公差范圍為±5％。

本激光擴束系統，通過設置以“負-正”依序排列的兩片透鏡，可將入射激 光束的直徑擴束12倍后，仍以平行光射出；由于入射激光束擴束倍率為12倍， 故，需要用一片正透鏡來承擔擴束出射光束質量，這樣，既保證了整形的需要， 還能使它達到最好成像質量，而且保證它的外形尺寸也是最小，本擴束系統的 像質也平衡得非常理想整個鏡頭體積也非常小。

【附圖說明】

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明激光擴束系統的光學系統結構示意圖；

圖2為本發明擴束系統較佳實施例中的彌散斑圖；

圖3為本發明擴束系統較佳實施例中的能量集中度圖；

圖4為本發明擴束系統較佳實施例中的光學傳遞函數MTF圖。

【具體實施方式】

隨著激光加工的迅速發展，光學擴束鏡在激光加工光學系統中，占有相當 重要的地位。由于用于激光加工的激光束有發散角，所以要用光學擴束鏡來調 整激光束的不規整，可使得激光聚焦系統得到較大的像方孔徑角，提高激光聚 焦時焦點處的能量密度，從而提高激光的加工作用與效率。

根據拉氏不變量(Lagrange)定理：能量J＝nDθ＝n′D′θ′，其中，n和n′ 表示光學系統在介質中的折射率，當介質為空氣時，n＝n′＝1；D和D′表示光 學系統的入瞳直徑和出瞳直徑；θ和θ′表示光學系統的入射光的視場角和出 射光的視場角，當視場角很小時，可以用弧度來表示。

由上式可見，當出射的激光束有發散角時，即θ較大時，通過擴束鏡由D→D′， 即放大倍數β＝D′/D倍，都可使激光束的發散角縮小β倍，從而達到整形激 光束的目的。

另一方面，一般的激光束出光直徑都很小(約Φ＝1mm左右)，為此，要 直接聚焦這么細的光束，其瑞利斑就很大，據瑞利斑公式：瑞利斑直徑δ＝2.44 λf/D。

可見，入瞳直徑D越小，直徑δ就越大，就會大大地降低聚焦鏡頭的精度。