一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统的制作方法

本实用新型涉及一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统，属于激光光束整形技术领域。

背景技术：

近年来，随着激光技术的发展，激光加工的能力不断增强。但现有激光打孔装置较多地采用扫描切割的方式来实现较大孔径的加工且加工表面不光滑。

空心光束，指的是一种在传播方向上中心光强为零的环状光束，也称为“暗中空光束”。一般来讲，按光束截面的对称性，空心光束可分为“圆形空心光束”、“椭圆形空心光束”和“矩形空心光束”，椭圆形空心光束介于圆形和矩形空心光束之间。空心光束具有一系列新颖独特的物理性质，在激光加工领域，聚焦的空心光束可以替代传统的机械打孔和激光扫描切割打孔技术，在材料上直接烧蚀打孔，具有非接触、速度快、孔面光滑无毛刺等优点，目前已经在工业领域得到了广泛的使用。

自20世纪90年代以来，人们采用多种方法产生了各种不同的空心光束，如拉盖尔 -高斯光束、贝塞尔 -高斯光束、面包圈光束等，形成了一个空心光束家族，并得到了很好的实验结果。目前已公开的产生椭圆空性光束的方法主要有相位板法，全息法等。受材料本身的影响，相位板和全息片的激光损伤阈值通常较低，一般只能用在低强度激光系统中。

在激光加工领域，对激光的强度要求比较高，因此要求激光整形系统中的各光学元件透过率、抗激光损伤阈值都比较高。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统。

本发明的上述目的，其得以实现的技术解决方案：一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统，该系统包括光学平台，所述光学平台上放置有激光器，沿所述激光器的激光光路依次放置有准直透镜组、光阑、椭圆锥面透镜、聚焦透镜组，其中，所述激光器、准直透镜组、光阑、椭圆锥面透镜和聚焦透镜组的中心都在光轴上，所述激光器、准直透镜组、光阑、椭圆锥面透镜和聚焦透镜组可根据需要在所述光学平台上沿轴向任意滑动；所述激光器发出激光，经所述准直透镜组准直后形成准直光束，该准直光束再经过光阑孔限制后，经所述椭圆锥面透镜转换形成空心光束，该空心光束再经过聚焦透镜组聚焦，在所述聚焦透镜组焦平面附近得到聚焦椭圆空心光束。

优选地，所述准直透镜组由至少一片正光焦度的非球面透镜组成。

优选地，所述椭圆锥面透镜的锥面为凸起结构。

优选地，所述激光器为He-Ne激光器或半导体激光器。

优选地，所述聚焦透镜组由至少一片正光焦度的非球面透镜组成。

优选地，所述光阑为小孔。

优选地，所述光阑孔直径可调。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：本实用新型提出了一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统，该光学系统中各光学元件都可用玻璃材质制造，具有透过率高，抗强激光损伤的优点，同时整个光学系统结构简单、方便装调，在使用过程中通过改变椭圆锥面透镜与聚焦透镜组的间距，可以实现聚焦椭圆空心光束大小的调节。

附图说明

图1是本实用新型的一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统在YZ面内投影的光路示意图。

图2是本实用新型的一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统在XZ面内投影的光路示意图。

图3是本实用新型椭圆锥面透镜的立体结构示意图。

图4是本实用新型椭圆锥面透镜在XY面内投影的结构示意图。

图5是本实用新型椭圆锥面透镜在YZ面内投影的结构示意图。

图6是本实用新型椭圆锥面透镜在XZ面内投影的结构示意图。

图7是本实用新型的一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统的光斑示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

本实用新型揭示了一种产生椭圆空心聚焦光束的光学系统，如图1-图2所示，该系统包括光学平台，所述光学平台上放置有激光器1，沿所述激光器的激光光路依次放置有准直透镜组2、光阑3、椭圆锥面透镜4、聚焦透镜组5，其中，所述激光器1、准直透镜组2、光阑3、椭圆锥面透镜4和聚焦透镜组5的中心都在光轴上，所述激光器为He-Ne激光器或半导体激光器，在本实施例中，所述激光器优选为半导体激光器。

所述激光器1、准直透镜组2、光阑3、椭圆锥面透镜4和聚焦透镜组5可根据需要在所述光学平台上沿轴向任意滑动，即所述激光器1、准直透镜组2、光阑3、椭圆锥面透镜4、聚焦透镜组5的相对距离可选择性设置。

所述准直透镜组由至少一片正光焦度的非球面透镜组成，在本实施例中，所述准直透镜组优选为由一片正光焦度的非球面透镜组成；所述聚焦透镜组由至少一片正光焦度的非球面透镜组成，在本实施例中，所述聚焦透镜组优选为由一片正光焦度的非球面透镜组成；所述光阑为小孔，所述光阑孔直径可调，用于改变入射到所述椭圆锥面透镜的光束半径。

所述椭圆锥面透镜的锥面为凸起结构，所述椭圆锥面透镜4的立体结构图如图3所示，底面ACBD为椭圆，AB为椭圆长轴，CD为椭圆短轴，E为椭圆锥透镜顶点，顶点E与椭圆ABCD边的连线形成锥面，锥面与底面的夹角范围为α~β。

该椭圆锥面透镜4在XY平面内的投影如图4所示，在YZ平面内的投影如图5所示，在XZ平面内的投影如图6所示。该产生椭圆空心聚焦光束的光学系统光路示意图在YZ平面投影如图1所示，在XZ平面内投影如图2所示，在同一光路上依次设置有激光器1、准直透镜组2、光阑3、椭圆锥面透镜4、聚焦透镜组5。由所述激光器1发出激光，经准直透镜组2准直后形成准直光束，该准直光束再经过光阑3限制后，经椭圆锥面透镜4转换形成空心光束，该空心光束再经过聚焦透镜组5聚焦，在聚焦透镜组5的焦平面附近得到聚焦椭圆空心光束。

具体地，所述激光器1和准直透镜组2安装好后，调节所述激光器1和准直透镜组2之间的距离，使得激光器1位于所述准直透镜组2的前焦面附近，所述准直透镜组2的出射光束准直，所述准直透镜组2具有正的光焦度。

出射光束经所述光阑3限制后入射所述椭圆锥面透镜4，所述椭圆锥面透镜4将入射的光束变换成先会聚后发散的椭圆空心光束。

出射椭圆空心光束入射所述聚焦透镜组5，经所述聚焦透镜组5聚焦后，在所述聚焦透镜组5的焦平面附近形成聚焦椭圆空心光束，该聚焦椭圆空性光束的光斑如图7所示。调节所述椭圆锥面透镜4与所述聚焦透镜组5之间的距离，使得所述聚焦透镜组5焦平面附近的聚焦椭圆空心光束的空心大小可调。

本实用新型的光学系统可对激光光束整形，能够产生聚焦椭圆空心光束，系统中各光学元件都可用玻璃材质制造，具有透过率高，抗强激光损伤的优点，同时整个光束整形系统结构简单、方便装调。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。