扩束透镜组件和激光扩束装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光扩束技术领域，尤其涉及一种扩束透镜组件和激光扩束装置。


背景技术：

2.激光尤其是紫外激光，由于波长短且光子能量强，所以经过的器件都容易损坏。其中，器件的损坏程度与激光的功率密度呈正比，特别在高功率激光器上尤为严重。
3.也就是说，要进行加工应用前需要进行扩束再聚焦才进行。
4.相关技术中，受制于激光器出光原理，激光器出射光的光束直径一般比较小，而光束直径越小、能量越集中，激光功率密度就越大，因而在客户使用过程中，激光经过的器件容易损坏。由于增透膜容易被高功率激光灼伤，所以扩束镜等镀有增透膜、反射膜的器件都很容易变成耗材，客户在长期使用过程中需要不断地更换和维护，不利于工业7天24小时标准条件下的使用。


技术实现要素：

5.本实用新型的第一目的在于提供一种扩束透镜组件，以在一定程度上解决现有技术中的扩束透镜组件的增透膜易被激光灼伤，导致激光扩束装置的使用寿命过短的技术问题。
6.本实用新型的第二目的在于提供一种激光扩束装置，以在一定程度上解决现有技术中的扩束透镜组件的增透膜易被激光灼伤，导致激光扩束装置的使用寿命过短的技术问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案；
8.基于上述第一目的，本实用新型提供的扩束透镜组件，包括扩束透镜和聚焦透镜，聚焦透镜设置于扩束透镜的出射侧，所述扩束透镜的入射侧的表面粗糙度不大于ra3.2μm；
9.所述聚焦透镜的入射侧和出射侧均贴设有增透膜。
10.在上述任一技术方案中，可选地，所述扩束透镜的出射侧的表面粗糙度不大于ra3.2μm。
11.在上述任一技术方案中，可选地，所述扩束透镜的出射侧贴设有所述增透膜；所述扩束透镜具有预定厚度以使出射侧的光斑的光束直径不小于2mm。
12.在上述任一技术方案中，可选地，所述扩束透镜为凹透镜或凸透镜。
13.在上述任一技术方案中，可选地，所述聚焦透镜为凸透镜。
14.在上述任一技术方案中，可选地，所述聚焦透镜的数量为至少一个。
15.在上述任一技术方案中，可选地，所述增透膜为355增透膜。
16.在上述任一技术方案中，可选地，所述扩束透镜的材质为熔融石英。
17.基于上述第二目的，本实用新型提供的激光扩束装置，包括上述任一技术方案提供的扩束透镜组件。
18.在上述任一技术方案中，可选地，所述激光扩束装置为紫外扩束器。
19.采用上述技术方案，本实用新型的有益效果：
20.本实用新型提供的扩束透镜组件，包括扩束透镜和聚焦透镜。扩束透镜的入射侧取消增透膜，使激光直接投射在扩束透镜的第一入射面而不是增透膜上，抗灼伤能力提高，延长了扩束透镜的使用寿命。且第一入射面的表面粗糙度不大于ra3.2μm，确保不会因为取消增透膜导致激光透过扩束透镜后功率损失过大，在激光出射器出射的激光的紫外功率充足的条件下，也能够确保长期稳定可靠地扩束。从而该扩束透镜组件，在保证了足够小的激光功率损失的前提下，延长了使用寿命，进而显著减少了用户在使用过程中更换和维护的频率，有利于在工业环境下7天24小时标准条件下使用。
21.本实用新型提供的激光扩束装置，包括上述的扩束透镜组件，因而能够实现该扩束透镜组件能够实现的所有有益效果。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例一提供的扩束透镜组件的第一结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例一提供的扩束透镜组件的第二结构示意图。
25.图标：1-扩束透镜；10-第一入射面；11-第一出射面；2-聚焦透镜；3-激光；4-增透膜。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.实施例一
30.参见图1和图2所示，本实施例提供了一种扩束透镜组件；图1为本实施例提供的扩
束透镜组件的结构示意图，图中简单示出了扩束透镜组件的结构；图2为本实施例提供的扩束透镜组件的结构示意图；其中，通过箭头指示出了激光的投射方向。
31.本实施例提供的扩束透镜组件用于激光扩束装置。
32.参见图1和图2所示，本实施例提供的扩束透镜组件，包括扩束透镜1和聚焦透镜2，聚焦透镜2设置于扩束透镜1的出射侧。其中，激光出射器出射的激光3一般光束直径很小，需要先经过扩束透镜1扩束后，再通过聚焦透镜2聚焦才可以获得光束直径较大的平行激光3。
33.光斑大小与光束的能量功率秘密成反比，由于激光3最先投射在扩束透镜1的入射侧即第一入射面10，所以投射在第一入射面10上的光斑极小且能量密度极大。该扩束透镜1取消现有技术中设置于第一入射面10的增透膜4，能够消除高能量光斑快速灼伤增透膜4导致扩束透镜1的使用寿命被缩短的负面影响，使高能量光斑直接接触扩束透镜1，由于扩束透镜1的材料本身的抗损伤阈值较高，所以第一入射面10不会被高能量光斑灼伤。
34.此外，对第一入射面10进行抛光，以使第一入射面10的表面粗糙度不大于ra3.2μm，能够使激光3透过第一入射面10造成的功率损失降低至不大于4％。
35.聚焦透镜2的入射侧和出射侧均贴设有增透膜4，由于扩束透镜1的扩束作用，投射在聚焦透镜2的入射侧的光斑光束直径足够大且能量密度较小，增透膜4的损坏越小且越慢，具有足够长的使用寿命。
36.可选地，扩束透镜1为凹透镜，聚焦透镜2为凸透镜，从而使扩束透镜组件形成凹凸透镜扩束结构；或者，扩束透镜1为凸透镜，聚焦透镜2为凸透镜，从而该扩束透镜组件形成双凸透镜扩束结构。
37.本实施例中的扩束透镜组件，包括扩束透镜1和聚焦透镜2。扩束透镜1的入射侧取消增透膜4，使激光3直接投射在扩束透镜1的第一入射面10而不是增透膜4上，抗灼伤能力提高，延长了扩束透镜1的使用寿命。且第一入射面10的表面粗糙度不大于ra3.2μm，确保不会因为取消增透膜4导致激光3透过扩束透镜1后功率损失过大，在激光出射器出射的激光3的紫外功率充足的条件下，也能够确保长期稳定可靠地扩束。从而该扩束透镜组件，在保证了足够小的功率损失的前提下，延长了使用寿命，进而显著减少了用户在使用过程中更换和维护的频率，有利于在工业环境下7天24小时标准条件下使用。
38.本实施例的可选方案中，扩束透镜1的材质为熔融石英，透光率高，具有较高的耐损阈值，不容易被灼伤。
39.本实施例的可选方案中，扩束透镜1的出射侧即第一出射面11的表面粗糙度不大于ra3.2μm。也就是说，第一入射面10和第二出射面均取消现有技术中的增透膜4，在光束的发散角一定的前提下，即使扩束透镜1足够薄、第一出射面11的光斑光束直径较小，由于第一入射面10和第二出射面均具有较高的抗激光3损坏性能，因而也能够保证扩束透镜1具有足够长的使用寿命。此外，激光3在透过第一入射面10和第二入射面的时候分别损失4％的功率，所以经过扩束透镜1的功率损失在8％左右，在激光出射器发出的激光3足够强的情况下，该激光3损失值仍处于可接受范围内。从而通过使扩束透镜1的第一入射面10和第一出射面11的表面粗糙度不大于ra3.2μm，能够在保证功率损失足够小且扩束透镜1足够薄的前提下，延长扩束透镜组件的使用寿命。
40.本实施例的可选方案中，扩束透镜1的出射侧也即第一出射面11贴设有增透膜4；
扩束透镜1具有预定厚度以使第一出射面11光斑的光束直径不小于2mm。也就是说，在保证扩束需求的前提下，只要保证第一出射面11形成的光斑的光束直径不小于2mm，所有形状和厚度的扩束透镜1均在落入本申请的保护范围内。具体地，当扩束透镜1的第一入射面10、第一出射面11的形状、发散角等条件不变的情况下，预定厚度相较于现有技术中的扩束透镜1厚度增加。
41.当第一出射面11的光斑光束直径达到2mm后，光束的功率密度已经足够小，以使对于增透膜4的损伤微弱，可以满足延长增透膜4寿命的要求。同时，由于第一出射面11仍旧设置有增透膜4，所以能够将激光3透过扩束透镜1的功率损失降低至不大于6％，进而能够获得更小的功率损失。
42.例如，扩束透镜1具有第一预定厚度以使第一出射面11的光斑光束直径等于2mm；或者，扩束透镜1具有第二预定厚度以使第一出射面11的光斑光束直径等于3mm；或者，扩束透镜1具有第三预定厚度以第一出射面11的光斑光束直径等于4mm。
43.对于采用熔融石英材质的扩束透镜1而言，当第一入射面10的光斑光束直径为0.4mm，发散角为1.5mard的情况下，要使第一出射面11的光斑光束直径达到2mm，列举一下几种可行的扩束透镜1结构：第一入射面10的曲率半径为2mm，扩束透镜1的厚度为20mm；或者，第一入射面10的曲率半径为1mm，扩束透镜1的厚度为13mm；第一入射面10的曲率半径为3mm，扩束透镜1的厚度为26mm。
44.而当第一入射面10的光斑光束直径为1mm，发散角为1.5mard，第一入射面10的曲率半径为2mm，扩束透镜1的厚度为10mm。也就是说，扩束透镜1的厚度依赖于激光出射器发射的激光3的光束直径、发散角、第一入射面10的曲率半径等因素，因而不对扩束透镜1的厚度做绝对限定，只要保证第一出射面11的光斑光束直径不小于2mm，就能够使设置于第一出射面11的增透膜4达到理想使用寿命。
45.本实施例的可选方案中，聚焦透镜2的数量为至少一个。
46.可选地，聚焦透镜2的数量为一个、两个或三个等，具体数量可以根据扩束要求进行调整。
47.本实施例的可选方案中，增透膜4为355增透膜4，降低反射损耗，提高转换效率，增加功率输出。且355增透膜4尤其适用于355nm紫外激光3的防反射损耗。
48.实施例二
49.实施例二提供了一种激光扩束装置，该实施例包括实施例一中的扩束透镜组件，实施例一所公开的扩束透镜组件的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的扩束透镜组件的技术特征不再重复描述。
50.结合图1和图2所示，本实施例提供的激光扩束装置，包括实施例一中的扩束透镜组件。
51.本实施例的可选方案中，激光扩束装置为紫外扩束器。其中，355nm紫外激光应用于冷加工领域，在非金属以及精密加工中的应用价值尤为突出，且随着对精细加工的需求日益增加，也使得紫外扩束器的应用领域不断扩大，因而通过该紫外扩束器不仅能够获得质量优良的紫外光束，能够保证长期稳定运行，降低检修和维护的频率，故而对精密加工行业和非金属加工行业意义重大。
52.本实施例中的激光扩束装置具有实施例一中的扩束透镜组件的优点，实施例一所
公开的扩束透镜组件的优点在此不再重复描述。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。