[发明专利]一种高效型连续扩束聚焦系统

说明书

技术领域：

本发明涉及激光器光学领域，尤其涉及一种高效型连续扩束聚焦系统。

背景技术：

传统的变倍扩束系统一般由固定组、变焦组与补偿组组成，通过扩展变倍扩束系统，可以获得光纤激光输出类激光器的变倍扩束聚焦系统。变倍扩束聚焦系统的优势在于，聚焦位置不变，而聚焦光斑尺寸变化，满足对激光头有不同要求的客户需要，如激光切割头，引入变倍聚焦系统有利于同时切割薄板与厚板材料。

目前，市场上光纤输出类激光器的透射式变倍扩束聚焦头光路大致有两类，一类由球面镜或镜组构成，为保证相关激光头特别是切割头有好的光束质量，往往需要靠镜片组消除像差，这就意味着较多的光学镜片，对光束能量上的吸收率/反射率等即会增大，实际装配过程中对光束质量的影响因素也会更多，无论是光路上，还是装配上，相对较为复杂；另一种为四片式非球面镜组成，设计原理是第一片镜片为固定组，第二、三片镜片分别为补偿组与变焦组，获得可变的平行光束，再经由聚焦镜聚焦，而获得可变的聚焦光斑，为保证好的光束质量，其基本均为非球面镜组成，且往往出现两片尺寸较大的非球面镜，无疑增加了镜片成本。

本设计旨在保证聚焦光束质量好的同时，尽可能降低光路复杂度、安装复杂度与误差、镜片数量，并控制镜片尺寸以及镜片成本，通过采用四片式球面镜与非球面镜搭配，获得所需要的变倍扩束聚焦系统光路。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种在获得好的光束质量的同时，能够降低光路复杂度、装配难度以及镜片数量，确保对光束质量要求较高的光路正常运行的技术方案：

一种高效型连续扩束聚焦系统，它是由非球面准直镜、球面补偿镜、非球面变焦镜以及非球面固定镜兼聚焦镜组成，所有非球面镜均为单面非球面、单面球面或平面构成，非球面准直镜、球面补偿镜、非球面变焦镜、非球面固定镜兼聚焦镜依次组成的光路为四片式光学光路。

作为优选，非球面准直镜安装在准直器上，准直器包括一个圆柱形透镜和与圆柱形透镜连接的光纤，圆柱形透镜具有前端面和后端面，圆柱形透镜的前端面具有一个向内凹陷的圆锥槽，圆锥槽的中心轴与圆柱形透镜的中心轴同轴，圆锥槽底部具有一个光纤插槽，该光纤插槽为圆孔，光纤通过该光纤插槽插入到圆柱形透镜内，光纤与光纤插槽的底面具有一个间隙，间隙内填充光纤匹配液。

作为优选，非球面固定镜兼聚焦镜是一个圆柱体透镜，其直径为5mm—12mm，长度为0.2P—1.2P。

作为优选，非球面准直镜、球面补偿镜在光轴上的间距为140mm

—155mm，球面补偿镜、非球面变焦镜在光轴上的间距为5mm—12mm，非球面变焦镜、非球面固定镜兼聚焦镜在光轴上的间距为140mm—155mm。

作为优选，球面补偿镜为双凸透镜，由面曲率分别为R1和R2的两个曲面构成，其中R1为70.00mm，R2为-12.34mm，且在光轴上的中心厚度为3.00mm。

作为优选，非球面变焦镜为单面非球面、单面球面的双凹透镜，由面曲率分别为R3和R4的两个曲面构成，其中R3为-12.00mm，R4为5.40mm，且在光轴上的中心厚度为2.00mm。

作为优选，非球面固定镜兼聚焦镜为单面非球面、单面球面的双凸透镜，由面曲率分别为R5和R6的两个曲面构成，其中R5为410.28mm，R6为-98.22mm，且在光轴上的中心厚度为3.00mm。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明在获得好的光束质量的同时，降低了光路复杂度、装配难度以及镜片数量，并严格控制了镜片尺寸与成本，确保获得的变倍扩束聚焦系统能够满足光纤输出类激光加工头特别是切割头等对光束质量要求较高的光路正常运行。

(2)本发明采用的准直器的外形尺寸可以根据需要缩小，满足体积小型化需求，尺寸可以缩小到与光纤相同量级，最大程度地让光纤准直器微形化、集成化。

(3)本发明通过调整非球面准直镜、球面补偿镜、非球面变焦

镜以及非球面固定镜兼聚焦镜间距，使得激光光束的扩束倍数可以随时进行调节，可以针对不同激光器输出的不同激光参数而使用同一种光学应用系统。

(4)本发明中所有非球面镜均满足一面非球面，另一面球面或平面，进一步降低成本与加工难度。

附图说明：

图1为本发明的光路原理图；

图2为图1的镜面剖视图；

图3为本发明的准直器结构图。

具体实施方式：