[發明專利]一種高質量貝塞爾光束透鏡

在審

• 申請號: 202010004193.3
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN110967782A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 于海波;范小貞
• 申請（專利權）人: 北京卓鐳激光技術有限公司;西安卓鐳激光技術有限公司;深圳卓鐳激光技術有限公司
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B1/10;G02B1/11;G02B27/09;B23K26/06;B23K26/073
• 代理公司: 北京東正專利代理事務所(普通合伙) 11312
• 代理人: 李夢福

本發明公開了一種高質量貝塞爾光束透鏡，包括頂部弧面的圓錐體狀錐透鏡，該錐透鏡表面區域包括底平面、側曲面和錐頂曲面，底平面為錐透鏡的底面，并為激光入射錐透鏡上的入射面；側曲面為錐透鏡的側面，為激光光線在錐透鏡上的出射面；錐頂曲面位于錐透鏡頂角區域，錐頂曲面外側鍍有高反膜層。本發明的技術方案是在錐透鏡制造過程中通過控制鍍膜來控制錐透鏡上出射激光能量分布，從而達到消除錐透鏡頂角影響，減少貝塞爾光能量波動，同時又不存在引入光闌時的衍射影響，加工和使用方便。

技術領域

本發明涉及激光加工透鏡技術領域，具體涉及一種高質量貝塞爾光束透鏡。

背景技術

當下用貝塞爾光束切割玻璃、藍寶石等脆性材料的應用越來越廣，相應加工效果要求也越來越高，而加工效果與貝塞爾光束質量直接相關。錐透鏡可以產生在一定范圍內的近似貝塞爾光束，且具有較高衍射效率，是用來作為產生貝塞爾光束做激光加工的理想器件，但錐透鏡錐角位置由于制造誤差錐角頂角位置都為弧角，該弧角會影響貝塞爾光束的能量一致性，從而影響加工效果，找到一種既能有效消除該頂角缺陷影響又方便使用的方法有實際價值。

用錐透鏡來產生貝塞爾光束，圖1所示為理想錐透鏡，平行光束通過后形成的兩個方向波前分別與錐面平行。在光軸方向產生貝塞爾光束，光強沿傳輸方向強度曲線平滑，在一定距離內可以認為是沿傳輸方向強度不變的理想貝塞爾光束。理想錐透鏡頂角為棱角，但錐透鏡頂角角度較大，一般大于150°，由于制造工藝所限，實際加工出的錐透鏡頂角為弧形，經過該弧形尖端的光會與經過其他位置產生的貝塞爾光干涉，對貝塞爾光束產生強度調制，使軸向方向上強度變化不再平緩，而是帶有一定抖動。

圖2所示為存在加工缺陷的錐透鏡，其由平行光經過后，錐透鏡中心位置附近的弧形曲面會聚焦部分入射的高斯光束，使其更靠近光軸，并在軸突后形成一個收斂的近球面波，對經過該位置的軸向光束進行調制，導致貝塞爾光束強度曲線不再平滑，而是存在一定抖動，且在一定距離內不再是理想貝塞爾光束。且在實際激光加工應用中，激光呈現高斯分布，中心入射能量高，軸向強度波動會更明顯。

目前解決方法是通過添加光闌的方式，但光闌引入存在以下缺陷：1、光闌需要與尖角弧形尺寸相匹配，尺寸較小，制作和裝配難度較大；2、光闌引入會導致衍射現象產生。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構科學合理，能夠形成近似理想貝塞爾光束的高質量貝塞爾光束透鏡。

本發明為達到上述目的，具體通過以下技術方案得以實現的：

一種高質量貝塞爾光束透鏡，包括頂部弧面的圓錐體狀錐透鏡，該錐透鏡表面區域包括底平面、側曲面和錐頂曲面，底平面為錐透鏡的底面，并為激光入射錐透鏡上的入射面；側曲面為錐透鏡的側面，為激光光線在錐透鏡上的出射面；錐頂曲面位于錐透鏡頂角區域，錐頂曲面外側鍍有高反膜層，高反膜層的厚度d為d＝λ/2*n*cosα，

其中，λ為入射光的波長，n為高反膜層的膜層折射率，α為光在高反膜層上的入射角，入射角為入射光線與高反膜層入射面法線之間的夾角。

對上述方案的進一步改進，高反膜層包括N層電介質高反膜，N為≥1的自然數，第x層電介質高反膜的厚度d_x為

d_x＝λ/2*n_x*cosα_x，

其中，1≤x≤N，x為自然數，λ為入射光的波長，n_x為第x層電介質高反膜的膜層折射率，α_x為光線在第x層電介質高反膜上的入射角，入射角為入射光線與各電介質高反膜入射面法線之間的夾角，高反膜層14的厚度為N層電介質高反膜膜層厚度的和。

對上述方案的進一步改進，側曲面鍍有第一高透膜層。

對上述方案的進一步改進，底平面和側曲面不鍍膜。