[發(fā)明專利]一種綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)及激光加工設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210248612.3
• 申請(qǐng)日: 2012-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103576318A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李家英;周朝明;孫博;陳玉慶;高云峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市大族激光科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)及激光加工設(shè)備。

背景技術(shù)

在激光加工領(lǐng)域，激光束的出光直徑Φ都很小（約為1mm），若直接聚焦如此細(xì)的光束，其瑞利斑就會(huì)很大。根據(jù)瑞利斑公式：δ=2.44λf/D，其中，δ為瑞利斑的直徑，D為聚焦鏡的入瞳直徑，f為焦距。可見(jiàn)：D越小，δ越大，其聚焦點(diǎn)的能量越弱，這樣會(huì)大大降低系統(tǒng)的加工精度。因此，用于激光加工的光學(xué)系統(tǒng)一般都要配用擴(kuò)束鏡，將出自激光器的細(xì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，然后再供激光加工聚焦鏡進(jìn)行聚焦。

根據(jù)拉氏不變量（lagrange）定理：J=nDθ=n′D′θ′，其中：n和n′分別表示光學(xué)系統(tǒng)的物方和像方介質(zhì)的折射率，當(dāng)物方和像方介質(zhì)均為空氣時(shí)，n=n′=1；D和D′分別表示光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑和出瞳直徑；θ和θ′表示入射光和出射光的視場(chǎng)角，當(dāng)視場(chǎng)角很小時(shí)，可以用弧度來(lái)表示。由上式可見(jiàn)，當(dāng)θ較大時(shí)，可通過(guò)擴(kuò)束鏡將光束放大β=D/D′倍，以用于激光加工。

在激光加工時(shí)，許多加工對(duì)象所適用的激光波長(zhǎng)λ是不同的，如λ=1064nm；λ=532nm；λ=266nm等，因此便出現(xiàn)了適應(yīng)不同波長(zhǎng)的激光器的各種光學(xué)擴(kuò)束鏡，同時(shí)要求光學(xué)擴(kuò)束鏡的使用范圍越大越好，即同一擴(kuò)束鏡可以配合不同的應(yīng)用環(huán)境，如不同的激光器出瞳直徑、發(fā)散角等，另外也要求其能夠配合不同的激光加工聚焦鏡達(dá)到理想的耦合。因此，變倍擴(kuò)束鏡便成為激光加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前常用的可變倍率的擴(kuò)束鏡多為2^X~8^X，變倍數(shù)值小，不能很好的滿足激光加工的需要。在要求大倍率擴(kuò)束時(shí)，只好使用定倍擴(kuò)束鏡，無(wú)法通過(guò)一個(gè)擴(kuò)束鏡實(shí)現(xiàn)多種倍率擴(kuò)束要求，為激光加工帶來(lái)了不便，影響了激光加工的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有擴(kuò)束鏡擴(kuò)束能力有限，適應(yīng)范圍小的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)，包括沿入射光線的傳輸方向依次共軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡；所述第一透鏡和第三透鏡均為平凸型正透鏡，所述第二透鏡為凸凹型負(fù)透鏡；

所述第一透鏡包括第一曲面和第二曲面，所述第二透鏡包括第三曲面和第四曲面，所述第三透鏡包括第五曲面和第六曲面；所述第一至第六曲面沿入射光線的傳輸方向依次排布；

所述第一至第六曲面的曲率半徑依次為：∞，-29.8mm，7.2mm，1.6mm，∞，-100mm；

所述第一至第三透鏡的中心厚度依次為：2mm，1mm，4mm；

所述第一至第三透鏡的外徑依次為：10mm，3mm，34mm；

所述第一至第三透鏡的折射率與阿貝數(shù)的比例依次為：1.8：25，1.48：68，1.8：25；

所述第二曲面與第三曲面在光軸上的間距為8~28mm；所述第四曲面與第五曲面在光軸上的間距為107~115mm。

各所述曲率半徑、中心厚度、外徑、折射率與阿貝數(shù)的比例以及各所述間距的公差范圍均為5%。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種激光加工設(shè)備，包括綠光激光器、用于對(duì)所述綠光激光器發(fā)出的激光進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束系統(tǒng)，以及用于將經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后的光束進(jìn)行聚焦的聚焦鏡，所述擴(kuò)束系統(tǒng)采用所述的綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)該擴(kuò)束系統(tǒng)的各透鏡進(jìn)行上述設(shè)計(jì)后，使該系統(tǒng)可以將入射的綠光激光光束擴(kuò)大為原來(lái)的2~16倍，其擴(kuò)束范圍極大的超過(guò)了傳統(tǒng)的擴(kuò)束鏡，可適應(yīng)更多不同出射直徑及發(fā)散角的激光器，進(jìn)而擴(kuò)大了該擴(kuò)束系統(tǒng)的使用范圍，提高了激光加工的效率。并且，該系統(tǒng)的最大擴(kuò)束倍數(shù)高于傳統(tǒng)擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍數(shù)，使得光束的整形效果更好，進(jìn)而有效改善了光束的聚焦效果，有利于提高激光加工的精度。

由于該擴(kuò)束系統(tǒng)具有較大的變倍范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)，使采用該擴(kuò)束系統(tǒng)的激光加工設(shè)備具有更高的加工精度及更高的加工效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)的聚焦點(diǎn)彌散圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)的傳遞函數(shù)曲線圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例綠光激光變倍擴(kuò)束系統(tǒng)的能量集中度曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述：