[發明專利]一種用于激光切割的貝塞爾光束鏡頭

在審

• 申請號: 202110588555.2
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113305426A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 張德成;魏進業;楊健君;水玲玲;李宇倩;褚瑩琪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院;華南師范大學
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/38
• 代理公司: 廣東雅商律師事務所 44652
• 代理人: 王向東

本發明公開了一種用于激光切割的貝塞爾光束鏡頭，包括光路組件，從左到右依次為激光器、準直擴束鏡、凹軸錐透鏡和雙凸軸錐透鏡，擴束鏡、凹軸錐透鏡、雙凸軸錐透鏡均位于光軸上，且從左至右相互平行放置。本發明在焦深對焦的過程中簡單易行，只需測出凹軸錐透鏡與雙凸軸錐透鏡之間的距離就可以求得焦深所在位置，并且聚焦的貝塞爾光束遠離透鏡，可以直接對材料進行加工，無需其它透鏡對其進行二次聚焦。

技術領域

本發明涉及一種激光切割技術，特別是一種用于激光切割的貝塞爾光束鏡頭。

背景技術

在現有技術中，切割材料的方式主要分為機械切割和激光切割，機械切割的精度比較粗糙只適合大尺寸的工件加工，對于藍寶石、硅片、玻璃等脆性材料的加工精度遠遠不能滿足需求，如果采用機械切割法加工藍寶石、硅片、玻璃等脆性材料，后期還需要磨邊等操作不能實現脆性材料的一次性切割。激光切割具有高精度、高效率的特點，因此受到了廣泛的應用，但是目前的激光切割技術還存在這一些缺陷，在切割脆性材料時，聚焦在材料內部的激光能量分布不均勻導致切割精度的受限。

目前，對于脆性材料的激光切割設備中大多使用多焦點和貝塞爾光束進行切割。激光多焦點切割技術通常是指將激光聚焦的多個焦點在材料內部進行加工，實現較厚脆性材料的加工。相較于激光多焦點切割，采用貝塞爾光束對脆性材料的切割，在材料內部具有更加均勻的溫度場分布和能量分布，更適合于脆性材料的加工。

貝塞爾光束垂直于傳輸方向的橫向光強分布由一個中心亮斑和許多同心圓環組成，每個環形所攜帶的能量幾乎是相等的，光強高度集中在中心亮斑，橫向光強分布在無衍射傳輸出距離內保持不變，貝塞爾光束的無衍射傳輸距離遠大于高斯光束的瑞利長度，相比高斯光束具有更長的焦深，材料的深度方向能量分布更加均勻。因此有必要設計一款新型的用于激光切割的貝塞爾光束鏡頭，以實現更加精密的激光切割技術。

高斯光束經過一個軸錐透鏡可以衍射成近場的貝塞爾光束和遠場的圓環形光束，在近場的貝塞爾光束緊密挨著透鏡，焦深的位置起始于軸錐透鏡的頂點不利于對材料的加工，在目前激光切割的貝塞爾鏡頭設計中，通常采用若干透鏡將遠場的圓環形光束聚焦在材料內部，其光路調節相對繁瑣，對焦深位置的求解過程也相對復雜，不容易實現貝塞爾光束的對焦。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種用于激光切割的貝塞爾光束鏡頭。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于激光切割的貝塞爾光束鏡頭，包括光路組件，所述光路組件從左到右依次為激光器、準直擴束鏡、凹軸錐透鏡和雙凸軸錐透鏡；所述擴束鏡、凹軸錐透鏡、雙凸軸錐透鏡均位于光軸上，且從左至右相互平行放置。

所述準直擴束鏡為不同倍率的準直擴束鏡或可變焦準直擴束鏡。

所述凹軸錐透鏡設置有入射面和出射面，所述入射面為平面，所述出射面為具有夾角的軸錐面。

所述出射面與水平面的夾角在0度到90度范圍內。

所述雙凸軸錐透鏡設置有第一軸錐面和第二軸錐面，所述第一軸錐面的頂角、第二軸錐面的頂角與出射面的夾角的角度相等。

所述激光器出射激光后，激光依次經過準直擴束鏡、凹軸錐透鏡和雙凸軸錐透鏡，在雙凸軸錐透鏡右側形成具有一定長度的焦深，所述出射面頂角到所述第一軸錐面頂角距離等于所述第二軸錐面頂角到所述焦深左端點的距離。

本發明的有益效果是：本發明在焦深對焦的過程中簡單易行，只需測出凹軸錐透鏡與雙凸軸錐透鏡之間的距離就可以求得焦深所在位置，并且聚焦的貝塞爾光束遠離透鏡，可以直接對材料進行加工，無需其它透鏡對其進行二次聚焦。

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是本發明的結構分解示意圖；

圖2是圖1中A處的幾何示意圖。