[实用新型]分体式激光聚焦装置

说明书

本实用新型涉及一种分体式激光聚焦装置，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和输出聚焦镜，第一反射镜、第三反射镜的反射面为平面，第二反射镜的反射面为环形的圆弧状凹面或等效的菲涅尔面型，输出聚焦镜设有锥面，第一反射镜用于接收入射激光束并反射至第二反射镜，第一反射镜的出射光线小角度入射第二反射镜，第二反射镜接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，第三反射镜接收第二反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，输出聚焦镜接收第三反射镜的出射光线，并由输出聚焦镜设有的锥面出射，形成近似贝塞尔光束。其能量利用率高，且输出聚焦镜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。

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，尤其涉及一种分体式激光聚焦装置。

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

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种分体式激光聚焦装置，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。

本实用新型是这样实现的：一种分体式激光聚焦装置，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和输出聚焦镜，所述第一反射镜、第三反射镜的反射面为平面，第二反射镜的反射面为环形的圆弧状凹面或与其等效的菲涅尔面型，所述输出聚焦镜设有锥面，所述第一反射镜用于接收入射激光束并反射至第二反射镜，所述第二反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在第二反射镜的出光光路上，用于接收第二反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，所述输出聚焦镜设置在第三反射镜的出光光路上，用于接收第三反射镜的出射光线，在光束与输出聚焦镜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，出射光线由输出聚焦镜设有的锥面出射，在激光聚焦装置出射轴线方向设定范围内形成一个中心光斑大小和光强稳定的近似贝塞尔光束。

进一步地，第一反射镜的出射光线小角度入射第二反射镜。小角度入射，提高光束成像聚焦质量。

进一步地，第一反射镜、第三反射镜、输出聚焦镜沿激光入射方向依次设置，第一反射镜的入射光轴、第三反射镜的出射光轴以及输出聚焦镜的轴心线位于同一直线上，且与第二反射镜的轴心线垂直。

进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、输出聚焦镜分别固定在封装固定架上，降低安装调试难度。