[发明专利]一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头

说明书

本发明公开了一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头，包括光路组件，从左到右依次为激光器、准直扩束镜、凹轴锥透镜和双凸轴锥透镜，扩束镜、凹轴锥透镜、双凸轴锥透镜均位于光轴上，且从左至右相互平行放置。本发明在焦深对焦的过程中简单易行，只需测出凹轴锥透镜与双凸轴锥透镜之间的距离就可以求得焦深所在位置，并且聚焦的贝塞尔光束远离透镜，可以直接对材料进行加工，无需其它透镜对其进行二次聚焦。

技术领域

本发明涉及一种激光切割技术，特别是一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头。

背景技术

在现有技术中，切割材料的方式主要分为机械切割和激光切割，机械切割的精度比较粗糙只适合大尺寸的工件加工，对于蓝宝石、硅片、玻璃等脆性材料的加工精度远远不能满足需求，如果采用机械切割法加工蓝宝石、硅片、玻璃等脆性材料，后期还需要磨边等操作不能实现脆性材料的一次性切割。激光切割具有高精度、高效率的特点，因此受到了广泛的应用，但是目前的激光切割技术还存在这一些缺陷，在切割脆性材料时，聚焦在材料内部的激光能量分布不均匀导致切割精度的受限。

目前，对于脆性材料的激光切割设备中大多使用多焦点和贝塞尔光束进行切割。激光多焦点切割技术通常是指将激光聚焦的多个焦点在材料内部进行加工，实现较厚脆性材料的加工。相较于激光多焦点切割，采用贝塞尔光束对脆性材料的切割，在材料内部具有更加均匀的温度场分布和能量分布，更适合于脆性材料的加工。

贝塞尔光束垂直于传输方向的横向光强分布由一个中心亮斑和许多同心圆环组成，每个环形所携带的能量几乎是相等的，光强高度集中在中心亮斑，横向光强分布在无衍射传输出距离内保持不变，贝塞尔光束的无衍射传输距离远大于高斯光束的瑞利长度，相比高斯光束具有更长的焦深，材料的深度方向能量分布更加均匀。因此有必要设计一款新型的用于激光切割的贝塞尔光束镜头，以实现更加精密的激光切割技术。

高斯光束经过一个轴锥透镜可以衍射成近场的贝塞尔光束和远场的圆环形光束，在近场的贝塞尔光束紧密挨着透镜，焦深的位置起始于轴锥透镜的顶点不利于对材料的加工，在目前激光切割的贝塞尔镜头设计中，通常采用若干透镜将远场的圆环形光束聚焦在材料内部，其光路调节相对繁琐，对焦深位置的求解过程也相对复杂，不容易实现贝塞尔光束的对焦。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头，包括光路组件，所述光路组件从左到右依次为激光器、准直扩束镜、凹轴锥透镜和双凸轴锥透镜；所述扩束镜、凹轴锥透镜、双凸轴锥透镜均位于光轴上，且从左至右相互平行放置。

所述准直扩束镜为不同倍率的准直扩束镜或可变焦准直扩束镜。

所述凹轴锥透镜设置有入射面和出射面，所述入射面为平面，所述出射面为具有夹角的轴锥面。

所述出射面与水平面的夹角在0度到90度范围内。

所述双凸轴锥透镜设置有第一轴锥面和第二轴锥面，所述第一轴锥面的顶角、第二轴锥面的顶角与出射面的夹角的角度相等。

所述激光器出射激光后，激光依次经过准直扩束镜、凹轴锥透镜和双凸轴锥透镜，在双凸轴锥透镜右侧形成具有一定长度的焦深，所述出射面顶角到所述第一轴锥面顶角距离等于所述第二轴锥面顶角到所述焦深左端点的距离。

本发明的有益效果是：本发明在焦深对焦的过程中简单易行，只需测出凹轴锥透镜与双凸轴锥透镜之间的距离就可以求得焦深所在位置，并且聚焦的贝塞尔光束远离透镜，可以直接对材料进行加工，无需其它透镜对其进行二次聚焦。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构分解示意图；

图2是图1中A处的几何示意图。