[发明专利]一种激光扩束系统及激光加工设备

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种激光扩束系统及激光加工设备。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明是这样实现的，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。

应用本发明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是本发明实施例提供的激光扩束系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的激光扩束系统的光路图；

图3是本发明实施例提供的激光扩束系统的传递函数曲线图；

图4是本发明实施例提供的激光扩束系统的弥散斑图；

图5是本发明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：

本发明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。