专利名称：激光打标折射/谐衍射混合f－theta镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学打标镜系统，特别是应用于半导体激光器波长范围及Nd:YAG激光器波长的打标用f-theta镜，属于激光光学扫描镜系统。
背景技术：
半导体激光器的功率在发射波长范围0.80～1.50μm波段中是比较强的。但现在用于半导体激光器打标用的f-theta镜绝大多数设计其工作在波长0.8μm上。单波长的f-theta镜技术已经非常完善，有很多公司已经设计并且生产了许多不同型号的用于半导体激光打标的f-theta镜，用户可根据自己的要求选择不同的f-theta镜，如德国Rodenstock公司，新加坡波长科技公司，国内的武汉焦点光学技术有限公司等。但是半导体激光器在激光打标应用中，由于不同的基底对于不同波长灵敏度不同，通常要选择灵敏度最高的波长来进行打标，则可选用不同的激光器，但是需要更换f-theta镜，因为绝大多数f-theta镜都是设计在其中某个波长上。因此设计波长在0.80～1.50μm普适的f-theta镜具有重要的应用价值。
如果要使f-theta镜在0.80～1.50μm波段范围内都能工作，则应该在此波段范围内每个波长上很好消除各种单色像差，并且消除色差，对于传统的折射透镜系统再进行优化设计已经不能满足要求，即使增加折射透镜片数也很难在如此大的波段范围内完全消除各种像差。
发明内容
本发明的目的是在不增加f-theta镜系统折射透镜片数的条件下引入谐衍射浮雕面型，实现在两个波段0.80～1.15μm和1.15～1.50μm内消色差和消除各种单色像差，使f-theta镜能用在0.80～1.50μm波段范围内的任一波长。
本发明设计了一个工作于波段范围在0.80～1.15μm和1.15～1.50μm的f-theta镜，其设计目标是入瞳直径12mm、扫描角±20°、有效焦距160mm、扫描范围110×110mm2。在系统中引入谐衍射浮雕面型达到在两个波段上消色差的目的，使f-theta镜能工作在半导体激光器波段范围及Nd:YAG激光器打标机的任一波长上。
本发明具体的技术方案这种激光打标折射/谐衍射混合f-theta镜系统，包括光栏、折射透镜、折射/谐衍射混合透镜、打标平面，其特点是在折射透镜1-13的后面放置折射/谐衍射混合透镜1-14，同光轴上依次安置有光栏1-1、折射透镜1-11、1-12、1-13、折射/谐衍射混合透镜1-14、打标平面1-10，折射/谐衍射混合透镜的前表面制备谐衍射浮雕面型1-8，放在靠近折射透镜的一侧，其反面是折射面1-9。
本发明的有益效果在光路中采用折射/谐衍射混合透镜，利用了光在传播中的折射和谐衍射两种特性，增加了光学设计过程中的自由度，能够突破传统光学系统的许多局限。同时由于谐衍射光学元件具有负色散和正光焦度的特点，解决了传统折射光学系统中普通折射透镜光焦度过大，整个系统结构复杂、庞大、笨重问题；解决了折射系统中消色差所带来的折射表面弯曲严重，单色像差大的问题。本发明表现出与传统折射光学系统不可比拟的优势。本发明的特征在于利用折射/谐衍射混合透镜的特点，在半导体激光器两个波段范围内分别校正系统的初级色差和色球差，并且能使两个波段的光谱不分开，使之共面。本发明为与激光打标相配套的f-theta镜的光学设计提供了一种全新的思想和概念。
图1是本发明f-theta镜的结构示意2足本发明折射谐衍射混合透镜b与普通衍射元件a对比示意3是本发明在0.80～1.15μm波段系统的光学传递函数曲线图4是本发明在0.80～1.15μm波段系统的垂轴色差曲线图5是本发明在1.15～1.50μm波段系统的光学传递函数曲线图6是本发明在1.15～1.50μm波段系统的垂轴色差曲线图7是本发明在波长0.80μm系统的光学传递函数曲线图8是本发明在波长1.064μm系统的光学传递函数曲线图9是本发明在波长1.15μm系统的光学传递函数曲线图10是本发明在波长1.30μm系统的光学传递函数曲线图11是本发明在波长1.50μm系统的光学传递函数曲线图12是本发明在0.80～1.15μm波段系统的场曲和f-theta畸变图13是本发明在1.15～1.50μm波段系统的场曲和f-theta畸变其中1-1、光栏1-2、折射面1-3、折射面1-4、折射面1-5、折射面1-6、折射面1-7、折射面1-8、谐衍射浮雕面型1-9、折射面1-10、打标平面1-11、折射透镜1-12、折射透镜1-13、折射透镜1-14、折射/谐衍射混合透镜具体实施方式
这种激光打标折射/谐衍射混合f-theta镜系统，包括光栏、折射透镜、折射/谐衍射混合透镜、打标平面，其特征是在折射透镜1-13的后面放置折射/谐衍射混合透镜1-14，同光轴上依次安置有光栏1-1、折射透镜1-11、折射透镜1-12、折射透镜1-13、折射/谐衍射混合透镜1-14、打标平面1-10，折射/谐衍射混合透镜的前表面制备谐衍射浮雕面型1-8，放在靠近折射透镜的一侧，其反面是折射面1-9。
折射透镜1-11和1-13是凹透镜，折射透镜1-12是凸透镜。
折射/谐衍射混合透镜的前表面1-8为谐衍射浮雕面型，后表面1-9为球面；谐衍射浮雕面型1-8的基底可以为平面、球面或非球面。
折射透镜、折射/谐衍射混合透镜材料可以选择在波段范围0.80～1.50μm透过率高的材料中任意两种的组合。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明图1足本发明f-theta镜的结构示意图。
本发明工作时，当波段0.8-1.15μm和1.15-1.50μm的光线通过具有正光焦度的折射透镜1-12，光线产生球差、慧差、场曲和色差等一系列像差，通过具有负光焦度的折射透镜1-13，校止一部分球差、慧差、场曲等像差，再通过具有正光焦度的折射/谐衍射混合透镜，完成光焦度的分配，并且产生必要的畸变量。谐衍射面1-8校正两个波段上的色差，由于谐衍射的作用，两个波段的光谱不分开，使之具有共同的像面。光焦度为负的折射透镜1-11的主要作用是增大系统的通光孔径。所以从图1所示的f-theta镜出来会聚在打标平面的光线在两个波段内已经很好的消除了各种单色像差和色差，并且在满足f-θ关系的条件下像面在同一个平面上。
谐衍射浮雕面型1-8的基底可以为平面或球面或非球面，在图所示结构中基底选择为平面。在折射/衍射混合透镜1-14的两个表面分别制备谐衍射浮雕面型1-8和折射面1-9，谐衍射浮雕面型1-8和折射面1-9的位置可以互换，折射透镜1-11、1-12、1-13、折射/谐衍射混合透镜1-14的材料可以选择在波段范围0.80～1.50μm透过率高的材料中任意两种的组合。
权利要求
1.一种激光打标折射/谐衍射混合f-theta镜系统，包括光栏、折射透镜、折射/谐衍射混合透镜、打标平面，其特征是在折射透镜1-13的后面放置折射/谐衍射混合透镜1-14，同光轴上依次安置有光栏1-1、折射透镜1-11、折射透镜1-12、折射透镜1-13、折射/谐衍射混合透镜1-14、打标平面1-10，折射/谐衍射混合透镜的前表面制备谐衍射浮雕面型1-8，放在靠近折射透镜的一侧，其反面是折射面1-9。
2.根据权利要求1所述激光打标折射/谐衍射混合f-theta镜系统，其特征是折射透镜1-11和1-13是凹透镜，折射透镜1-12是凸透镜。
3.根据权利要求1所述激光打标折射/谐衍射混合f-theta镜系统，其特征是折射/谐衍射混合透镜1-14的前表面1-8为谐衍射面，后表面1-9为球面；谐衍射浮雕面型1-8和折射面1-9的位置可以互换，并且谐衍射浮雕面型1-8的基底可以为平面、球面或非球面。
4.根据权利要求1所述的激光打标折射/谐衍射混合f-theta镜系统，其特征还在于折射透镜、折射/谐衍射混合透镜材料可以选择在波段范围0.80～1.50μm透过率高的材料中任意两种的组合。
全文摘要
本发明涉及一种激光打标镜系统，特别是应用于半导体激光器发射波长范围打标用的f－theta镜，同时包括Nd:YAG激光器的发射波长，属于激光光学打标镜系统。本发明包括光栏、折射透镜、折射/谐衍射混合透镜等，其特点是根据半导体激光器发射波长范围特性及Nd:YAG激光器发射波长特性，以及谐衍射浮雕面型的特点，在同光轴系统中三片折射透镜的后面设置一折射/谐衍射混合透镜。将谐衍射浮雕面型成功地引入到半导体激光器及Nd:YAG激光器打标镜的设计中，使用普通的材料SF18和BK7，使系统在0.8－1.5μm波段内很好的校正了各种单色像差和色差，光学传递函数接近或达到衍射极限。结构紧凑，片数少，兼容性好，具有良好的像差特性。适用于半导体激光器及Nd:YAG激光器打标系统中，为f－theta镜的设计提供了一种全新的器件。
文档编号G02B26/10GK1952728SQ20051001542
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者王肇圻, 吴环宝 申请人:南开大学