[发明专利]一种紫外激光变倍扩束系统及激光加工设备

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种紫外激光变倍扩束系统及激光加工设备。

背景技术

在激光加工领域，激光束的出光直径Φ都很小（约为1mm），若直接聚焦如此细的光束，其瑞利斑就会很大。根据瑞利斑公式：δ=2.44λf/D，其中，δ为瑞利斑的直径，D为聚焦镜的入瞳直径，f为焦距。可见：D越小，δ越大，其聚焦点的能量越弱，这样会大大降低系统的加工精度。因此，用于激光加工的光学系统一般都要配用扩束镜，将出自激光器的细光束进行扩束，然后再供激光加工聚焦镜进行聚焦。

根据拉氏不变量（lagrange）定理：J=nDθ=n′D′θ′，其中：n和n′分别表示光学系统的物方和像方介质的折射率，当物方和像方介质均为空气时，n=n′=1；D和D′分别表示光学系统的入瞳直径和出瞳直径；θ和θ′表示入射光和出射光的视场角，当视场角很小时，可以用弧度来表示。由上式可见，当θ较大时，可通过扩束镜将光束放大β=D/D′倍，以用于激光加工。

在激光加工时，许多加工对象所适用的激光波长λ是不同的，如λ=1064nm；λ=532nm；λ=266nm等，因此便出现了适应不同波长的激光器的各种光学扩束镜，同时要求光学扩束镜的使用范围越大越好，即同一扩束镜可以配合不同的应用环境，如不同的激光器出瞳直径、发散角等，另外也要求其能够配合不同的激光加工聚焦镜达到理想的耦合。因此，变倍扩束镜便成为激光加工领域的研究热点。目前常用的可变倍率的扩束镜多为2^X~8^X，变倍数值小，不能很好的满足激光加工的需要。在要求大倍率扩束时，只好使用定倍扩束镜，无法通过一个扩束镜实现多种倍率扩束要求，为激光加工带来了不便，影响了激光加工的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紫外激光变倍扩束系统，旨在解决现有扩束镜扩束能力有限，适应范围小的问题。

本发明是这样实现的，一种紫外激光变倍扩束系统，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜和第三透镜均为平凸型正透镜，所述第二透镜为凸凹型负透镜；

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；所述第一至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；

所述第一至第六曲面的曲率半径依次为：∞，-30mm，10mm，2.2mm，∞，-81mm；

所述第一至第三透镜的中心厚度依次为：2mm，1mm，4mm；

所述第一至第三透镜的外径依次为：10mm，3mm，34mm；

所述第一至第三透镜的折射率与阿贝数的比例依次为：1.57：41，1.48：68，1.57：41；

所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为6~37mm；所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为114~125mm。

各所述曲率半径、中心厚度、外径、折射率与阿贝数的比例以及各所述间距的公差范围均为5%。

本发明的另一目的在于提供一种激光加工设备，包括紫外激光器、用于对所述紫外激光器发出的激光进行扩束的扩束系统，以及用于将经过扩束后的光束进行聚焦的聚焦镜，所述扩束系统采用所述的紫外激光变倍扩束系统。

本发明通过对该扩束系统的各透镜进行上述设计后，使该系统可以将入射的紫外激光光束扩大为原来的2~16倍，其扩束范围极大的超过了传统的扩束镜，可适应更多不同出射直径及发散角的紫外激光器，进而扩大了该扩束系统的使用范围，提高了激光加工的效率。并且，该系统的最大扩束倍数高于传统扩束镜的扩束倍数，使得光束的整形效果更好，进而有效改善了光束的聚焦效果，有利于提高激光加工的精度。

由于该扩束系统具有较大的变倍范围，适应性更强，使采用该扩束系统的激光加工设备具有更高的加工精度及更高的加工效率。

附图说明

图1是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的结构示意图；

图2是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的聚焦点弥散图；

图3是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的传递函数曲线图；

图4是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的能量集中度曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：