[發明專利]一種雙波長大倍率連續變倍激光擴束鏡

在審

• 申請號: 202110637221.X
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113204122A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 尹雨松;劉學松;王世波;陶銳;周曉海;黃巧;楊煥鵬;劉明明
• 申請（專利權）人: 富通尼激光科技（東莞）有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 王小燕

本發明公開了一種雙波長大倍率連續變倍激光擴束鏡，包括沿激光入射方向的光軸上依次同軸排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡；所述第一透鏡和第二透鏡為平凹負透鏡，且凹面朝向激光入射方向；所述第三透鏡為彎月型正透鏡，所述第四透鏡為雙凸型正透鏡，本申請擴束比可調范圍20～40倍，明顯高于現有技術變倍擴束鏡的擴束能力，根據瑞利斑公式，這有利于進一步減小激光聚焦后的光斑尺寸，從而提高激光加工效率和精度。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，尤其是涉及一種雙波長大倍率連續變倍激光擴束鏡。

背景技術

激光因具有極好的單色性、相干性、方向性及高亮度已廣泛地應用于切割、鉆孔、焊接等材料加工領域。在激光加工過程中，為提高激光束的功率/能量密度實現材料高效率去除，一般都需要將激光束聚焦，并將焦點置于材料待加工區域附近。根據激光瑞利斑公式：δ＝2.44λf/D，在激光波長λ和聚焦鏡焦距f一定的情況下，焦點處光斑直徑反比于聚焦鏡物方入射光斑直徑。然而多數激光器直接輸出的光斑直徑尺寸較小，若直接聚焦，其焦點處光斑尺寸較大，功率密度不夠高，不利于材料加工。因此，為獲得更小的聚焦后焦點光斑尺寸，激光束在聚焦前都需要通過擴束鏡對激光光斑進行擴束，而且擴束比越大，越容易獲得接近衍射極限的焦點光斑尺寸。

另一方面，紫外激光借助于單光子能量高、材料吸收強、熱作用小，可聚焦光斑尺寸小等優點近年來在材料精細加工領域得到迅速發展。然而，紫外激光器直接輸出的光斑尺寸更小，這是因為目前多數工業紫外激光都是由紅外基頻激光經過倍頻、和頻等非線性效應產生的；在這一過程中，只有基頻激光束的功率密度足夠高才能高效地激發出紫外光，所產生的紫外激光束功率密度也很高；所以在相同的輸出功率水平下，紫外激光器直接產生的光束光斑尺寸比波長更長的激光器直接產生的光束光斑尺寸更小。因此紫外激光加工系統更需要大擴束比的擴束鏡。此外，綠光激光器也是材料加工領域經常使用的激光光源。工業綠光激光器一般需要使用紅外基頻光經過倍頻效應產生，直接輸出的光斑尺寸也比較小，因此在材料加工過程中也需要使用大擴束比的擴束鏡。

在激光加工過程中，不用應用場景的最佳激光波長或擴束比很可能是不同的，如果同一個激光擴束鏡可以適用于不同的使用環境，如不同的激光波長，不同的擴束比，無疑會大大增加激光加工設備的適用性和靈活性?，F有紫外/綠光激光變倍擴束鏡的擴束比較小，一般不超過10倍，見專利CN 101887173 B，CN 102004319 B，CN 105527716 B，CN106199983 B等。若要求更大的擴束倍率，只能使用定倍激光擴束鏡，這為激光加工帶來了不便，影響了激光加工效率。因此，進一步提高紫外/綠光變倍擴束鏡的最大擴束比是目前亟需解決的一項任務。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙波長大倍率連續變倍激光擴束鏡，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種雙波長大倍率連續變倍激光擴束鏡，包括沿激光入射方向的光軸上依次同軸排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3和第四透鏡L4；

所述第一透鏡L1和第二透鏡L2為平凹負透鏡，且第一透鏡L1凹面朝向激光入射方向；

所述第三透鏡L3為彎月型正透鏡，所述第四透鏡L4為雙凸型正透鏡；

所述第一透鏡L1包括S1和S2兩個面，其中S1面為凹面，曲率半徑R1＝-7.7mm；S2面為平面，曲率半徑R2＝∞；兩面之間光軸上的中心厚度d1＝2mm；

所述第二透鏡L2包括S3和S4兩個面，其中S3面為平面，曲率半徑R3＝∞；S4面為凹面，曲率半徑R4＝-7.7mm；兩面之間光軸上的中心厚度d3＝2mm；

所述第三透鏡L3是彎月型正透鏡，包括S5和S6兩個面，其中S5面曲率半徑R5＝-261.5mm；S6面曲率半徑R6＝-87mm；兩面之間光軸上的中心厚度d5＝5mm；