[发明专利]一体式激光聚焦镜

说明书

本发明涉及一种一体式激光聚焦镜，包括激光聚焦镜镜体，所述激光聚焦镜镜体的激光出射端设有锥面，所述激光聚焦镜镜体的激光入射端的端面设有环状的拱形凸面或与其等效的菲涅尔面型，使入射的高斯分布激光束经传输在光束与激光出射端的圆锥或第一圆台最初相交的截面处形成一个环状的光场分布，经过激光出射端的圆锥或第一圆台出射后，形成近似贝塞尔光束。其能量利用率高，且轴上位置聚焦范围内，输出的近似贝塞尔光束的中心光斑大小和光强基本不变，以利于进行激光微加工，尤其是对大深径比材料的激光微加工。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种一体式激光聚焦镜。

背景技术

贝塞尔光束的光斑直径最小可达波长量级且能在很长的距离内基本保持不变，相比高斯光束具有更长的焦深，因此非常适合用来做激光微加工，特别是在加工大深径比材料中具有不可比拟的优势。

理想的贝塞尔光束由于占据无限大的空间并拥有无穷大的能量，无法在现实中实现，但是人们可以通过实验方法获得近似贝塞尔光束。迄今为止，研究人员已经提出了许多种产生贝塞尔光束的实验方法，这些方法大致可以分为两类：主动式和被动式。所谓主动式就是通过特定结构的谐振腔由激光器直接产生贝塞尔光束(又叫谐振腔法)，而被动式是指通过一定的方法将其他光束转换为贝塞尔光束。常见的被动式产生贝塞尔光束的方法主要有：环缝－透镜法，计算全息法，轴锥镜法，球面像差法，空间光调制器法、波导法等。比较上述几种方法，各有优缺点：环缝－透镜法结构简单、易于实现，但是对入射光的能量利用率较低；计算全息法结构也较为简单，但是对全息片有较高的质量要求；球面像差透镜法结构较为灵活，但是球面像差透镜设计与加工工艺复杂，而且中心光斑大小和光强随位置会发生变化；轴锥镜法结构简单，能产生高质量的贝塞尔光束，能量利用率比环缝－透镜法大大提高，是目前激光微加工的主流方式，然后轴锥镜法对轴锥镜加工精度要求较高，实际激光微加工的深度一般在几百个微米到几个毫米的量级，对应入射轴锥面处需要环状光斑，能力利用率虽然比环缝－透镜法高很多，但是还是需要遮挡大量的激光能量，中心光斑大小虽然能保持固定，光强随位置会发生变化，并且有可能存在剧烈的震动，图1为现有技术轴锥镜法提供的平面波通过轴锥镜后的轴上光强分布曲线，上述这些缺点限制了轴锥镜法在激光微加工中的直接应用和推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种一体式激光聚焦镜，其能量利用率高，且轴上位置聚焦范围内，输出的近似贝塞尔光束的中心光斑大小和光强基本不变，以利于进行激光微加工，尤其是对大深径比材料的激光微加工。

本发明是这样实现的：本发明提供一种一体式激光聚焦镜，其特征在于：包括激光聚焦镜镜体，所述激光聚焦镜镜体的激光出射端设有锥面，所述激光聚焦镜镜体的激光入射端设有环状的拱形凸面或与其等效的菲涅尔面型，使入射的激光束经传输在光束与激光出射端设有的锥面最初相交的初交截面处形成一个环状的光场分布，经过激光出射端设有的锥面出射后，在激光聚焦镜出射轴线方向设定范围内形成一个中心光斑大小和光强相对稳定的近似贝塞尔光束。

所述初交截面处的环状光场分布为内外侧圆环光强为高斯函数的下降关系，中间光强为与径向半径成反比关系的光场分布，使得截面径向上中间光强对应半径范围内，每一点对应的无限小积分圆环面积上的能量相等，有利于获得轴向分布均匀的光场；所述初交截面处径向的相位与中心相位差不超过2π。

所述激光聚焦镜镜体的激光出射端设有圆锥段或第一圆台段，激光聚焦镜镜体的激光出射端设有的锥面为圆锥段侧面或第一圆台段侧面；激光聚焦镜镜体的激光出射端的圆锥段或第一圆台段的轴心线与激光聚焦镜镜体的轴心线位于同一直线上；所述激光聚焦镜镜体中部为圆柱段或第二圆台段。