一种激光扩束系统及激光加工设备技术方案

本发明专利技术适用于激光加工技术领域，提供了一种激光扩束系统，包括沿激光传输方向依次设置的前透镜组和后透镜组；前透镜组包括第一透镜，后透镜组包括第二透镜和第三透镜，第一透镜为双凹型或平凹型负透镜，第二透镜为弯月型或平凹型负透镜，第三透镜为双凸型或平凸型正透镜；前透镜组和后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构；前透镜组和后透镜组可相对移动，使激光扩束系统对不同波长的激光进行等倍率扩束。本发明专利技术可实现多波长等倍率扩束，可将其兼容到多种波长的高功率激光系统中，应用范围广；并且在本扩束系统兼容的多种波长工作下，输出光斑均可达到衍射极限，聚焦点能量密度高，加工效率高；且该扩束系统结构紧凑，调节方便且占用空间小。

【技术实现步骤摘要】
一种激光扩束系统及激光加工设备
本专利技术属于激光
，尤其涉及一种激光扩束系统及激光加工设备。
技术介绍
激光加工过程中，通常要求激光在聚焦点的能量非常集中，要保证激光聚焦点具有较高的能量密度，使得激光有效地工作，并提高激光的工作效率。对于同一台激光器，若要提高激光的聚焦能量密度，就是要获得尽可能小的聚焦点。根据衍射极限理论：激光的发散角θ与激光束腰直径w的关系为θ*w＝4λ/π，当使用一定的激光器时，激光的波长λ是一定的，所以，激光的发散角θ与激光束腰直径w的乘积为常数。为了减小聚焦光斑，通常需要减小光发散角同时增大激光光束的直径，从激光器输出的激光光束直径一般都比较小，发散角θ较大，在通过会聚光学系统聚焦之前，一般会要求扩大光束直径以减小发散角θ。通常在激光器和焦距为f的会聚光学系统中加入激光扩束系统，选择适当的扩束倍数β，使激光光束直径扩大到D＝β*w，激光的发散角θ入仍满足衍射极限理论关系式θ入*D＝4λ/π，所以，θ入＝4λ/πD＝θ/β，会聚激光光斑的大小σ＝θ入*f＝4λf/πD，所以，通过加入一个合适的倍率扩束系统，便可得到理想的聚焦光斑σ以提高工作焦点处的能量密度。但是在实际应用中，扩束系统是针对一定波长发挥作用的，即使光束要扩大的倍率是一定的，但由于对应的激光波长不同，使用的扩束系统也是不同的，因此对于既定的激光器扩束系统，其使用率受到较大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光扩束系统，使之能够兼容到多种波长激光系统中，提高其使用率。本专利技术是这样实现的，一种激光扩束系统，包括沿激光传输方向依次设置的前透镜组和后透镜组；所述前透镜组包括第一透镜，所述后透镜组包括第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为双凹型或平凹型负透镜，所述第二透镜为弯月型或平凹型负透镜，所述第三透镜为双凸型或平凸型正透镜；所述前透镜组和后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构；所述前透镜组和后透镜组可相对移动，使所述激光扩束系统对不同波长的激光进行等倍率扩束。应用本专利技术提供的激光扩束系统，通过改变前透镜组和后透镜组的间距，可以实现多波长等倍率扩束，可将其兼容到多种波长的高功率激光系统中，使用率高，应用范围广；并且在本扩束系统兼容的多种波长工作下，输出光斑均可达到衍射极限，聚焦点能量密度高，加工效率高；且该扩束系统结构紧凑，调节方便且占用空间小，有利于激光加工系统的小型化。附图说明图1是本专利技术实施例提供的激光扩束系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的激光扩束系统的光路图；图3是本专利技术实施例提供的激光扩束系统的传递函数曲线图；图4是本专利技术实施例提供的激光扩束系统的弥散斑图；图5是本专利技术实施例提供的激光扩束系统的Rayfan(光学系统的综合误差)图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述：本专利技术实施例提供一种激光扩束系统，用于激光加工设备中，设置于激光器和聚焦系统之间，对激光光束进行扩束准直处理，以进一步通过聚焦系统聚焦于工作面上。请参考图1和图2，该激光扩束系统包括沿激光传输方向依次设置的前透镜组和后透镜组，前透镜组包括第一透镜L1，后透镜组包括第二透镜L2和第三透镜L3。第一、第二和第三透镜均采用耐高温光学材料制作。第一透镜L1为双凹型或平凹型负透镜，第二透镜L2为弯月型或平凹型负透镜，第三透镜L3为双凸型或平凸型正透镜。前透镜组和后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构。其中，前透镜组和后透镜组可相对移动，使二者之间的距离可调，进而使该扩束系统可以对不同波长的激光进行同倍率的扩束。本实施例中对前透镜组和后透镜组的间距调节是通过固定第二透镜和第三透镜的间距并改变第一透镜和第二透镜的间距实现。请进一步参阅附图1，激光扩束系统包括第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。第一透镜L1和由第二透镜L2及第三透镜L3组成的后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构。第一透镜L1具有第一曲面S1和第二曲面S2，第二透镜L2具有第三曲面S3和第四曲面S4，第三透镜L3具有第五曲面S5和第六曲面S6。第一曲面S1至第六曲面S6沿着激光的传输方向依次设置。其中第一透镜L1为一双凹透镜，第一曲面S1的曲率半径为-19mm，第二曲面S2的曲率半径为13mm；第二透镜L2为弯月形负透镜，第三曲面S3的曲率半径为623mm，第四曲面S4的曲率半径为56mm；第三透镜L3为双凸正透镜，第五曲面S5的曲率半径为61mm，第六曲面S6的曲率半径为-61mm。上述各曲率半径的公差为5％。进一步地，在上述曲率参数的基础上，对各透镜的厚度和透镜间距进行如下限制，具体的，第一透镜L1的中心厚度d1为1.5mm，第二透镜L2的中心厚度d3为3mm，第三透镜L3的中心厚度d5为8mm，各中心厚度的公差为5％。第一透镜L1和第二透镜L2的间距d2(第二曲面S2和第三曲面S3之间的距离)在101～107mm之间可调，第二透镜L2和第三透镜L3的间距d4(第四曲面S4和第五曲面S5之间的距离)为1.3mm，各距离的公差为5％。通过对第二曲面S2和第三曲面S3之间的距离d2进行调节，可以对355nm、532nm及1064nm的激光实现等倍扩束。采用材料Nd/Vd＝1.4/67的情况下，当第二曲面S2和第三曲面S3之间的距离d2为101mm时，可对波长为355nm的激光进行8倍扩束；当第二曲面S2和第三曲面S3之间的距离d2为105mm时，可对波长为532nm的激光进行8倍扩束；当第二曲面S2和第三曲面S3之间的距离d2为107mm时，可对波长为1064nm的激光进行8倍扩束，该扩束系统的入瞳直径为3.5mm。以下进一步通过表格清晰示出上述各透镜的规格参数，如表1和表2。表1.激光扩束系统参数表表2.前透镜组与后透镜组的间距d2和波长λ的对照表波长λ355nm532nm1064nmd2101mm105mm107mm按照上述参数设计的激光扩束系统，不仅可以可以兼容多波长扩束，还可以保证良好的光束质量，保证聚焦点的高能量密度，进而保证激光加工精度和效率。以下通过附图3～5示意上述激光扩束系统的光学效果，波长分别为355nm、532nm及1064nm。参考图3中的(a)、(b)、(c)图，其示出了该扩束系统的光学传递函数曲线图，可见空间频率在20lp/mm时，对应355nm和532nm激光的传递函数达到0.5或以上，对于1064nm的传递函数为0.12或以上，分辨率高，满足激光加工的要求。进一步参考图4，图4中的(a)、(b)、(c)图分别示出了355nm、532nm及1064nm激光聚焦点的弥散图，当波长为355nm时，弥散斑接近艾里斑；当波长为532nm时，弥散斑小于艾里斑；当波长为1064nm时，弥散斑远远小于艾里斑，图5的(a)、(b)、(c)图分别示出了355nm、532nm及1064nm的Rayfan图，表明该系统分别工作在三种波长下，输出光斑一致性很好。应用本专利技术实施例提供的激光扩束系统，通过改变第一透镜L1与第二透镜L2的间距d2，可以兼容到多种波长的高功率激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光扩束系统，其特征在于，包括沿激光传输方向依次设置的前透镜组和后透镜组；所述前透镜组包括第一透镜，所述后透镜组包括第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为双凹型或平凹型负透镜，所述第二透镜为弯月型或平凹型负透镜，所述第三透镜为双凸型或平凸型正透镜；所述前透镜组和后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构；所述前透镜组和后透镜组可相对移动，使所述激光扩束系统对不同波长的激光进行等倍率扩束。

【技术特征摘要】
1.一种激光扩束系统，其特征在于，包括沿激光传输方向依次设置的前透镜组和后透镜组；所述前透镜组包括第一透镜，所述后透镜组包括第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为双凹型或平凹型负透镜，所述第二透镜为弯月型或平凹型负透镜，所述第三透镜为双凸型或平凸型正透镜；所述前透镜组和后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构；所述前透镜组和后透镜组可相对移动，使所述激光扩束系统对不同波长的激光进行等倍率扩束。2.如权利要求1所述的激光扩束系统，其特征在于，所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面；所述第一曲面的曲率半径为-19mm，所述第二曲面的曲率半径为13mm，所述第三曲面的曲率半径为623mm，所述第四曲面的曲率半径为56mm，所述第五曲面的曲率半径为61mm，所述第六曲面的曲率半径为-61mm，各曲率半径的公差为5％。3.权利要求2述的激光扩束系统，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度为1.5mm，所述第二透镜的中心厚度为3mm，所述第三透镜的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：施宏艳，周朝明，彭金明，高云峰，
申请(专利权)人：深圳市大族激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44