一种高功率紫外激光应用的光学镜头制造技术

本发明专利技术属于光学领域，公开一种高功率紫外激光应用的光学镜头，该镜头包括：依光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四透镜，第一透镜为弯月型负透镜；第二透镜和第三透镜均为弯月型正透镜，曲面向着光线入射方向弯曲；第四透镜为双凸型正透镜；第一至第四透镜的基底均为耐高温光学材料。耐高温光学材料基底在连续高功率激光通过时不易变形，因此可有效避免连续高功率紫外激光工作环境下的焦点偏离问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率紫外激光应用的光学镜头
本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种高功率紫外激光应用的光学镜头。
技术介绍
常规的激光加工，例如激光标记、切割、焊接、钻孔等，大多使用CO2激光器和Nd：YAG激光器。随着激光加工技术的发展，产品的加工要求越来越精细，CO2和Nd：YAG激光器所产生的激光由于受到其光斑或光模式的限制而无法满足加工需求；此外，CO2和Nd：YAG激光器所产生的激光由于波长较长，热影响大而无法满足一些特殊材料的加工要求。紫外激光由于其聚焦光斑极小，在使用相同的F/#光学系统时，紫外激光光斑的瑞利直径比常规所使用激光的光斑小至1/3-1/5。因此采用紫外激光无论是标记，或是切割，效果都会更精细。而且由于紫外激光波长短，其加工能量更加集中，加工热影响区微乎其微，因此用紫外激光得到越来越广泛的应用。然而，紫外激光由于波长较短，相同的功率下其携带的能量比较大，因此容易导致镜头中的透镜变形，如曲率半径变化，最终影响到整个镜头的焦距。当镜头应用于连续高功率紫外激光的工作环境时，镜头中心的部分区域会有较强的光持续经过，因此对于由普通光学玻璃制成的镜头，工作时间稍长，在其扫描范围内就会出现中心和四周焦点不在一个平面上，也就是中心对焦四周离焦的焦点偏离现象，从而影响到产品加工的精细度及清晰度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种紫外激光应用的光学镜头，能够保证其应用于连续高功率紫外激光的工作环境时，不出现焦点偏离的现象。为解决该问题，本专利技术提供一种高功率紫外激光应用的光学镜头，该镜头包括：依光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四透镜，所述第一透镜为弯月型负透镜；第二透镜和第三透镜均为弯月型正透镜，曲面向着光线入射方向弯曲；第四透镜为双凸型正透镜；所述第一至第四透镜的基底均为耐高温光学材料。进一步地，所述耐高温光学材料为熔融石英。进一步地，所述第四透镜的出光侧设置有由平行平板构成的光学窗。进一步地，依光束的入射方向，第一透镜两个曲面的曲率半径分别为-25mm、-348mm，第二透镜两个曲面的曲率半径分别为-65mm、-48mm，第三透镜两个曲面的曲率半径分别为-160mm、-47mm，第四透镜两个曲面的曲率半径分别为1309mm、-62mm；所述第一至第四透镜光轴上的中心厚度分别为2.5mm、5.5mm、10mm、10mm；所有透镜曲率半径及其光轴上中心厚度的公差范围均为5％。进一步地，所述第一至第四透镜材料的Nd/Vd均为1.4/67，其公差范围为5％。进一步地，所述第一透镜L1与激光标记设备Y振镜在光轴上的间距为20～40mm。进一步地，所述第一透镜与第二透镜在光轴上的间隔为2.5mm，其公差范围为5％。进一步地，所述第二透镜与第三透镜在光轴上的间隔为0.2mm，其公差范围为5％。进一步地，所述第三透镜与第四透镜在光轴上的间隔为0.2mm，其公差范围为5％。与现有技术相比，本专利技术的光学镜头由于采用了耐高温光学材料作为基底，因此可适用于连续高功率紫外激光的工作环境，有效避免了焦点偏离问题，保证了紫外激光加工的精细度及清晰度。附图说明图1是本专利技术光学镜头的结构示意图；图2是本专利技术镜头较佳实例的弥散斑图；图3是本专利技术镜头较佳实例的光学传递函数MTF图；图4是本专利技术镜头较佳实例的像散，场曲，畸变图。具体实施方式以下结合附图及实施例，对本专利技术进行详细说明。如图1所示为本专利技术光学镜头的结构示意图，本专利技术的镜头由四个透镜构成，四个透镜依光线的入射方向依次排列，分别为第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4，第一透镜L1为弯月型负透镜；第二透镜L2为弯月型正透镜；且曲面向着光线入射方向弯曲；第三透镜L3为弯月型正透镜，且曲面向着光线入射方向弯曲；第四透镜L4为双凸型正透镜。上述透镜均采用耐高温光学材料例如熔融石英做基底，在连续高功率激光通过时不易变形，因此可有效避免连续高功率紫外激光工作环境下的焦点偏离问题。上述透镜在构成实际系统时，为了保护裸露在外的透镜可以在第四透镜的出光一侧任意位置设置平行平板构成的光学窗L5。上述透镜的具体结构及参数为：第一透镜L1与激光标记设备Y振镜L6在光轴上的间距为d0；第一透镜L1由曲率半径分别为R1、R2的两个曲面S1、S2构成，其光轴上的中心厚度为d1，材料参数为Nd/Vd；第二透镜L2由曲率半径分别为R3、R4的两个曲面S3、S4构成，其光轴上的中心厚度为d3，材料参数为Nd/Vd；第三透镜L3由曲率半径分别为R5、R6的两个曲面S5、S6构成，其光轴上的中心厚度为d5，材料参数为Nd/Vd；第四透镜L4由曲率半径分别为R7、R8的两个曲面S7、S8构成，其光轴上的中心厚度为d7，材料参数为Nd/Vd；第一透镜L1与第二透镜L2在光轴上的间距为d2，第二透镜L2与第三透镜L3在光轴上的间距为d4，第三透镜L3与第四透镜L4在光轴上的间距为d6。根据以上参数设计镜头的具体数据如下：第一透镜L1与激光标记设备Y振镜L6在光轴上的间距为d0＝20～40mm；第一透镜L1由曲率半径分别为R1＝-25mm、R2＝-348mm的两个曲面S1、S2构成，其光轴上的中心厚度d1＝2.5mm，材料为Nd/Vd约为1.4/67；第二透镜L2由曲率半径分别为R3＝-65mm、R4＝-48mm的两个曲面S3、S4构成，其光轴上的中心厚度d3＝5.5mm，材料为Nd/Vd约为1.4/67；第三透镜L3由曲率半径分别为R5＝-160mm、R6＝-47mm的两个曲面S5、S6构成，其光轴上的中心厚度d5＝10mm，材料为Nd/Vd约为1.4/67；第四透镜L4由曲率半径分别为R7＝1309mm、R8＝-62mm的两个曲面S7、S8构成，其光轴上的中心厚度d7＝10mm，材料为Nd/Vd约为1.4/67；第一透镜L1与第二透镜L2在光轴上的间隔为d2＝2.5mm，第二透镜L2与第三透镜L3在光轴上的间隔为d4＝0.2mm，第三透镜L3与第四透镜L4在光轴上的间隔为d6＝0.2mm。参数列表如下：曲面S曲率R(mm)间隔d(mm)材料Nd/Vd1-252.51.4/672-3482.53-655.51.4/674-480.25-160101.4/676-470.271309101.4/678-62本实施例的参数范围如下：1)R1-R8ΔR1-8≤±5％(R1-R8)2)d1-d7Δd1-7≤±5％(d1-d7)3)Nd/VdΔNd/Vd≤±5％(Nd/Vd)根据上表，可得出数据如下：f＝160mmD＝8mmA＝100mm*100mm2ω＝50°λ＝355nm其中f为本光学镜头的焦距，D为入瞳直径，λ为波长，2ω为视场角，A为加工面积。参考图2-4，图2为本专利技术光学镜头较佳实施例的弥散斑图，该图表明成像质量很高；图3为本专利技术光学镜头较佳实施例的光学传递函数MTF图，该图表明镜头的分辨率极高，已经达到理想状态；图4为本专利技术光学镜头较佳实施例的像散、场曲、畸变图，该图表明镜头已校正到最佳状态。可见采用实施例所提供参数的镜头整体结构紧凑，满足平像场要求，所有像差的校正几乎都可以达到理想分辨率。更重要的是，本专利技术的镜头由于采用了耐高温光学材料作为基底，因此可适用于连续高功率紫外激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率紫外激光应用的光学镜头，其特征在于，该镜头包括：依光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四透镜，所述第一透镜为弯月型负透镜；第二透镜和第三透镜均为弯月型正透镜，曲面向着光线入射方向弯曲；第四透镜为双凸型正透镜；所述第一至第四透镜的基底均为耐高温光学材料。

【技术特征摘要】
1.一种高功率紫外激光应用的光学镜头，其特征在于，该镜头包括：依光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四透镜，所述第一透镜为弯月型负透镜；第二透镜和第三透镜均为弯月型正透镜，曲面向着光线入射方向弯曲；第四透镜为双凸型正透镜；所述第一至第四透镜的基底均为耐高温光学材料，所述耐高温光学材料为熔融石英；依光束的入射方向，第一透镜两个曲面的曲率半径分别为-25mm、-348mm，第二透镜两个曲面的曲率半径分别为-65mm、-48mm，第三透镜两个曲面的曲率半径分别为-160mm、-47mm，第四透镜两个曲面的曲率半径分别为1309mm、-62mm；所述第一至第四透镜光轴上的中心厚度分别为2.5mm、5.5mm、10mm、10mm；所有透镜曲率半径及其光轴上中心厚度的公差范...

【专利技术属性】
技术研发人员：施宏艳，周朝明，彭金明，李珊，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