[实用新型]一种高质量贝塞尔光束透镜

说明书

本实用新型公开了一种高质量贝塞尔光束透镜，包括顶部弧面的圆锥体状锥透镜，该锥透镜表面区域包括底平面、侧曲面和锥顶曲面，底平面为锥透镜的底面，并为激光入射锥透镜上的入射面；侧曲面为锥透镜的侧面，为激光光线在锥透镜上的出射面；锥顶曲面位于锥透镜顶角区域，锥顶曲面外侧镀有高反膜层。本实用新型的技术方案是在锥透镜制造过程中通过控制镀膜来控制锥透镜上出射激光能量分布，从而达到消除锥透镜顶角影响，减少贝塞尔光能量波动，同时又不存在引入光阑时的衍射影响，加工和使用方便。

技术领域

本实用新型涉及激光加工透镜技术领域，具体涉及一种高质量贝塞尔光束透镜。

背景技术

当下用贝塞尔光束切割玻璃、蓝宝石等脆性材料的应用越来越广，相应加工效果要求也越来越高，而加工效果与贝塞尔光束质量直接相关。锥透镜可以产生在一定范围内的近似贝塞尔光束，且具有较高衍射效率，是用来作为产生贝塞尔光束做激光加工的理想器件，但锥透镜锥角位置由于制造误差锥角顶角位置都为弧角，该弧角会影响贝塞尔光束的能量一致性，从而影响加工效果，找到一种既能有效消除该顶角缺陷影响又方便使用的方法有实际价值。

用锥透镜来产生贝塞尔光束，图1所示为理想锥透镜，平行光束通过后形成的两个方向波前分别与锥面平行。在光轴方向产生贝塞尔光束，光强沿传输方向强度曲线平滑，在一定距离内可以认为是沿传输方向强度不变的理想贝塞尔光束。理想锥透镜顶角为棱角，但锥透镜顶角角度较大，一般大于 150°，由于制造工艺所限，实际加工出的锥透镜顶角为弧形，经过该弧形尖端的光会与经过其他位置产生的贝塞尔光干涉，对贝塞尔光束产生强度调制，使轴向方向上强度变化不再平缓，而是带有一定抖动。

图2所示为存在加工缺陷的锥透镜，其由平行光经过后，锥透镜中心位置附近的弧形曲面会聚焦部分入射的高斯光束，使其更靠近光轴，并在轴突后形成一个收敛的近球面波，对经过该位置的轴向光束进行调制，导致贝塞尔光束强度曲线不再平滑，而是存在一定抖动，且在一定距离内不再是理想贝塞尔光束。且在实际激光加工应用中，激光呈现高斯分布，中心入射能量高，轴向强度波动会更明显。

目前解决方法是通过添加光阑的方式，但光阑引入存在以下缺陷：1、光阑需要与尖角弧形尺寸相匹配，尺寸较小，制作和装配难度较大；2、光阑引入会导致衍射现象产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构科学合理，能够形成近似理想贝塞尔光束的高质量贝塞尔光束透镜。

本实用新型为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：

一种高质量贝塞尔光束透镜，包括顶部弧面的圆锥体状锥透镜，该锥透镜表面区域包括底平面、侧曲面和锥顶曲面，底平面为锥透镜的底面，并为激光入射锥透镜上的入射面；侧曲面为锥透镜的侧面，为激光光线在锥透镜上的出射面；锥顶曲面位于锥透镜顶角区域，锥顶曲面外侧镀有高反膜层，高反膜层的厚度d为

d＝λ/2*n*cosα，

其中，λ为入射光的波长，n为高反膜层的膜层折射率，α为光在高反膜层上的入射角，入射角为入射光线与高反膜层入射面法线之间的夹角。

对上述方案的进一步改进，高反膜层包括N层电介质高反膜，N为≥1 的自然数，第x层电介质高反膜的厚度d_x为

d_x＝λ/2*n_x*cosα_x，

其中，1≤x≤N，x为自然数，λ为入射光的波长，n_x为第x层电介质高反膜的膜层折射率，α_x为光线在第x层电介质高反膜上的入射角，入射角为入射光线与各电介质高反膜入射面法线之间的夹角，高反膜层14的厚度为N层电介质高反膜膜层厚度的和。

对上述方案的进一步改进，侧曲面镀有第一高透膜层。